一種城市連續(xù)峽谷街道內(nèi)流場(chǎng)及污染物擴(kuò)散研究實(shí)驗(yàn)裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及城市街谷污染物擴(kuò)散領(lǐng)域，具體的涉及一種城市連續(xù)峽谷街道內(nèi)流場(chǎng)及污染物擴(kuò)散研究實(shí)驗(yàn)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著城市化進(jìn)程的快速推進(jìn)，城市高層建筑群逐漸增多。城市覆蓋層內(nèi)相鄰高層建筑物與地面圍合形成的類似“街道峽谷”的空間，稱之為城市街道街谷，簡(jiǎn)稱“街谷”。街谷是城市的基本構(gòu)成單元，受建筑高度、密度和容積率的影響，不同高寬比的建筑群構(gòu)成的街谷形態(tài)各異，在很大程度上影響了街谷內(nèi)的流場(chǎng)；當(dāng)大氣環(huán)境中的來(lái)流風(fēng)垂直于城市街谷軸線時(shí)，會(huì)在城市街谷內(nèi)部形成渦旋，而渦旋的特征，一般由建筑物高度和街谷寬度比值起著主要影響作用。另外，機(jī)動(dòng)車尾氣排放在街道中行駛所產(chǎn)生的氣流與熱量，因?yàn)榻ㄖ旱娘L(fēng)阻塞效應(yīng)，街谷內(nèi)部會(huì)出現(xiàn)尾氣滯流的現(xiàn)象，進(jìn)而導(dǎo)致城市街谷內(nèi)通風(fēng)不暢，散熱緩慢、空氣混濁等環(huán)境問(wèn)題。近年來(lái)隨著城市霧霾的持續(xù)影響，城市街谷內(nèi)流場(chǎng)和機(jī)動(dòng)車尾氣擴(kuò)散研究成為人們關(guān)心的焦點(diǎn)，國(guó)內(nèi)外大量學(xué)者通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)，風(fēng)洞、水槽等物理模擬試驗(yàn)和數(shù)值計(jì)算來(lái)研究城市街谷內(nèi)尾氣流場(chǎng)和污染物擴(kuò)散規(guī)律進(jìn)行了大量研究，取得了較大進(jìn)展，這類研究對(duì)于城市建筑風(fēng)工程、建筑設(shè)計(jì)以及污染物擴(kuò)散研究具有重要科學(xué)意義。
[0003]但是在當(dāng)前有關(guān)城市街谷內(nèi)流場(chǎng)及污染物擴(kuò)散特性的研究主要集中在機(jī)動(dòng)車尾氣擴(kuò)散領(lǐng)域，均沒(méi)有考慮強(qiáng)熱浮力源效應(yīng)，在城市街谷內(nèi)存在環(huán)境風(fēng)和燃燒強(qiáng)熱浮力源耦合作用下，街谷內(nèi)的流場(chǎng)結(jié)構(gòu)及污染物擴(kuò)散具有不同于常規(guī)無(wú)熱浮力源及日光均勻加熱地面條件下的行為模式及特征。人們對(duì)這種城市街谷內(nèi)發(fā)生如火災(zāi)時(shí)的燃燒強(qiáng)熱浮力源情況下的流場(chǎng)顯示及典型污染物擴(kuò)散特性規(guī)律缺乏深入了解，尤其是針對(duì)連續(xù)街谷情況，外界環(huán)境風(fēng)所產(chǎn)生的渦旋效應(yīng)會(huì)將污染物卷進(jìn)臨近街谷內(nèi)，這將可能會(huì)導(dǎo)致更大的災(zāi)害。而現(xiàn)有的現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)又受到氣象條件影響，邊界條件難以控制，無(wú)法做到精確測(cè)量，同時(shí)也受到交通環(huán)境制約，交通車流量很大的街谷內(nèi)進(jìn)行流場(chǎng)觀測(cè)存在一定的難度。對(duì)正處于建筑規(guī)劃設(shè)計(jì)階段的建筑群，進(jìn)行事先的觀測(cè)是不切實(shí)際的，只能做一些數(shù)值計(jì)算，但大尺度街谷內(nèi)流場(chǎng)及污染物擴(kuò)散特性數(shù)值模擬仿真存在一定的誤差，而建造大尺寸的街谷內(nèi)流場(chǎng)及污染物擴(kuò)散研究實(shí)驗(yàn)平臺(tái)是比較耗費(fèi)財(cái)力和代價(jià)的，同時(shí)實(shí)驗(yàn)邊界條件也難以精確控制，因此急需建立相關(guān)物理實(shí)驗(yàn)平臺(tái)展開(kāi)研究，對(duì)科學(xué)設(shè)計(jì)城市街谷內(nèi)大尺度火災(zāi)等突發(fā)事故情況下城市污染物擴(kuò)散的應(yīng)急響應(yīng)與決策具有重要參考意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了研究環(huán)境風(fēng)和燃燒強(qiáng)熱浮力源耦合作用下城市連續(xù)街谷內(nèi)流場(chǎng)及典型污染物擴(kuò)散規(guī)律，本發(fā)明提供一套可以研究城市連續(xù)街谷內(nèi)存在燃燒強(qiáng)熱浮力源情況下流場(chǎng)及典型污染物擴(kuò)散規(guī)律特征的實(shí)驗(yàn)裝置。
[0005]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為:一種城市連續(xù)峽谷街道內(nèi)流場(chǎng)及污染物擴(kuò)散研究實(shí)驗(yàn)裝置，所述的實(shí)驗(yàn)裝置分為5個(gè)部分，即風(fēng)洞機(jī)構(gòu)、連續(xù)街谷機(jī)構(gòu)、煙氣流場(chǎng)示蹤機(jī)構(gòu)、街谷底板加熱機(jī)構(gòu)和多參數(shù)測(cè)量機(jī)構(gòu);其中，
[0006]所述的風(fēng)洞機(jī)構(gòu)包括設(shè)有簡(jiǎn)易隧道結(jié)構(gòu)和縱向通風(fēng)裝置，縱向通風(fēng)裝置包括二個(gè)以上的變頻風(fēng)機(jī)和二個(gè)以上的導(dǎo)流風(fēng)管，形成蜂窩狀結(jié)構(gòu)，為連續(xù)峽谷街道提供穩(wěn)定的環(huán)境風(fēng)，可用由二個(gè)以上的風(fēng)速探頭進(jìn)行標(biāo)定；
[0007]所述的連續(xù)街谷機(jī)構(gòu)包括2個(gè)街道峽谷，第一個(gè)街谷是上游建筑和中間建筑之間的峽谷，第二個(gè)街谷是中間建筑和下游建筑之間的峽谷;上游建筑、中間建筑、下游建筑和底板共同組成連續(xù)街谷機(jī)構(gòu)，其中上游建筑、中間建筑和下游建筑是用透明防火玻璃構(gòu)成，底板由耐火磚構(gòu)成；
[0008]所述的煙氣流場(chǎng)示蹤機(jī)構(gòu)包括偏光激光源、發(fā)煙裝置;其中偏光激光源產(chǎn)生偏光束，在發(fā)煙裝置中燃燒煙餅或檀香，產(chǎn)生的煙顆粒在熱量的驅(qū)動(dòng)下，沿設(shè)計(jì)路線蔓延，再用數(shù)碼攝像機(jī)拍攝連續(xù)街谷內(nèi)由偏光激光源照亮的示蹤粒子擴(kuò)散圖像；
[0009]所述的街谷底板加熱機(jī)構(gòu)是在底板中等間距布置碳硅加熱棒，均勻加熱連續(xù)街谷底板，用于模擬不同太陽(yáng)輻照加熱街谷地面的場(chǎng)景；
[0010]所述的多參數(shù)測(cè)量機(jī)構(gòu)包括數(shù)碼攝像機(jī)、熱電偶和一氧化碳探頭;所述數(shù)碼攝像機(jī)用于拍攝街谷內(nèi)煙氣，觀察記錄煙氣流動(dòng)擴(kuò)散特性;所述的熱電偶位于火源上方、上游建筑背風(fēng)面、中間建筑兩側(cè)和下游建筑迎風(fēng)面，豎向等間距設(shè)置，用于檢測(cè)不同環(huán)境風(fēng)作用下連續(xù)街谷內(nèi)不同部位的火羽流溫度;所述一氧化碳探頭用于測(cè)量街谷內(nèi)一氧化碳濃度，設(shè)置在兩個(gè)街谷內(nèi)中間位置。
[0011]其中，所述上游建筑、中間建筑和下游建筑的高度、寬度和長(zhǎng)度可調(diào)節(jié)，用于模擬不同高寬比的街道峽谷。
[0012]其中，所述街谷的寬度可變化，用于模擬不同寬度的街道峽谷內(nèi)流場(chǎng)顯示和污染物擴(kuò)散特征。
[0013]其中，所述的風(fēng)洞機(jī)構(gòu)通過(guò)2個(gè)以上的變頻風(fēng)機(jī)產(chǎn)生城市地面風(fēng)速廓線(風(fēng)速隨高度變化的規(guī)律，稱為風(fēng)速廓線)，呈現(xiàn)指數(shù)形式或者對(duì)數(shù)形式，同時(shí)連續(xù)街谷模型也可調(diào)整在簡(jiǎn)易隧道結(jié)構(gòu)的放置角度，用于模擬不同風(fēng)向和風(fēng)速大小情況下，街谷內(nèi)流場(chǎng)顯示和典型污染物的擴(kuò)散分布特征。
[0014]其中，所述的火源通過(guò)多孔氣體燃燒器產(chǎn)生穩(wěn)定火源，采用質(zhì)量流量計(jì)控制火災(zāi)規(guī)模。
[0015]其中，所述的上游建筑、中間建筑和下游建筑的頂部形狀可變，分別為:方頂型、三角形和圓頂形，可用于研究不同建筑頂部形狀組成街谷內(nèi)的煙氣蔓延和擴(kuò)散特征。
[0016]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在:
[0017](I)在實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ统叨确矫?，本?shí)驗(yàn)按照量綱相似理論設(shè)計(jì)，本發(fā)明首次建立了一套研究城市連續(xù)峽谷街道內(nèi)流場(chǎng)及污染物擴(kuò)散研究實(shí)驗(yàn)裝置，風(fēng)洞結(jié)構(gòu)內(nèi)風(fēng)速調(diào)節(jié)裝置、煙氣流場(chǎng)示蹤機(jī)構(gòu)、街谷底板加熱機(jī)構(gòu)和多參數(shù)測(cè)量機(jī)構(gòu)操作便捷，實(shí)驗(yàn)裝置具有完備的配套煙羽流示蹤和特征參數(shù)測(cè)量系統(tǒng)。
[0018](2)在街谷內(nèi)煙氣流動(dòng)和污染物擴(kuò)散模擬實(shí)驗(yàn)方面，該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)可以利用煙餅產(chǎn)生的煙顆粒對(duì)街谷內(nèi)火災(zāi)煙羽流進(jìn)行示蹤，對(duì)街谷內(nèi)火災(zāi)產(chǎn)生煙羽流不會(huì)產(chǎn)生干擾，對(duì)人體也沒(méi)有傷害。并用偏光源火災(zāi)煙羽流和煙餅產(chǎn)生的煙顆粒進(jìn)行照射，可以清楚和真實(shí)的模擬連續(xù)街谷內(nèi)煙羽流蔓延和擴(kuò)散過(guò)程，實(shí)時(shí)記錄火災(zāi)煙羽流流動(dòng)擴(kuò)散過(guò)程中各個(gè)相關(guān)參數(shù)(如一氧化碳等)演化特征。
[0019](3)本發(fā)明的多參數(shù)數(shù)據(jù)采集機(jī)構(gòu)可以采集煙氣擴(kuò)散特性、溫度分布和一氧化碳濃度數(shù)據(jù)，可以獲取不同環(huán)境風(fēng)情況下街谷內(nèi)煙氣流動(dòng)和污染物擴(kuò)散采集數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)不同采集需求，同時(shí)可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，調(diào)整街谷形狀，寬高比以及連續(xù)街谷的寬度來(lái)獲得所需的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)功能的多樣化。
[0020](4)在街谷模擬火源設(shè)置方面，采用氣體燃料，設(shè)置了專門的質(zhì)量流量及壓力表，可以連續(xù)調(diào)節(jié)氣體燃料流量，增加了對(duì)街谷內(nèi)火災(zāi)燃燒過(guò)程的控制，在試驗(yàn)結(jié)束或出現(xiàn)火勢(shì)失控等意外情況下能夠及時(shí)的關(guān)?；鹪?，避免事故的發(fā)生。
[0021](5)在實(shí)驗(yàn)環(huán)境模擬方面，本發(fā)明設(shè)計(jì)了一個(gè)街谷底板加熱機(jī)構(gòu)，在底板中等間距布置碳硅加熱棒，根據(jù)不同實(shí)驗(yàn)需要，加熱連續(xù)街谷底板，用于模擬不同太陽(yáng)輻照加熱街谷地面的場(chǎng)景。
【附圖說(shuō)明】
[0022]圖1是本發(fā)明的連續(xù)街谷流場(chǎng)及污染物擴(kuò)散研究實(shí)驗(yàn)裝置示意圖；
[0023]圖2是圖1的局部放大圖；
[0024]圖3是本發(fā)明的街谷建筑頂部形狀示意圖；
[0025]圖4是本發(fā)明的配套參數(shù)測(cè)量示意圖；
[0026]附圖中各標(biāo)號(hào)代表的部件含義如下:
[0027]I為上游建筑;2為中間建筑;3為下游建筑;4為底板;5為簡(jiǎn)易隧道結(jié)構(gòu);6為變頻風(fēng)機(jī);7為導(dǎo)流風(fēng)管;8為火源;9為偏光激光源；10為偏光束；11為發(fā)煙裝置；12為碳硅加熱棒；13為數(shù)碼攝像機(jī);14為熱電偶；15為一氧化碳探頭;16為風(fēng)速探頭。
【具體實(shí)施方式】
[0028]下面將結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的進(jìn)行進(jìn)一步說(shuō)明。
[0029]參見(jiàn)圖1、圖2、圖3和圖4，城市連續(xù)峽谷街道內(nèi)流場(chǎng)及污染物擴(kuò)散研究實(shí)驗(yàn)裝置示意