[发明专利]一种城市街谷道路机动车污染物排放与扩散研究的实验装置

说明书

技术领域

本发明涉及交通污染物排放领域，尤其涉及一种街谷道路环境机动车排放污染物的流动和扩散过程监测的实验模拟装置。

背景技术

近年来，随着经济的快速发展，机动车保有量不断攀升，由机动车尾气引发的城市空气污染问题现已越来越严重，加上城市街谷道路环境不利于污染物扩散，使得机动车尾气污染问题更为突出，现已经成为交通环境领域的一个研究热点。受气象条件和环境风场影响的街谷道路机动车尾气污染现象相当复杂，实际的街谷道路环境布置有效的流场测量设备十分困难，所以对实际道路环境中的交通污染物的流动和扩散过程尚无法有效测量，只能在街道的一些点位布置探头，测量该点污染物随时间的变化过程，无法把握交通污染物在街谷道路中的总体运动过程。近年来，随着数值模拟理论和计算机技术的发展，Chang等通过CFD数值模拟平台建立了一些模型，对街谷机动车污染物扩散的流动和扩散开展研究，已取得了一定的成果，但缺乏实验结果的支持。Meroney等学者采用风洞来开展街谷交通污染物扩散的实验研究，但他们采用的是乙烷空气混合物作为模拟污染源，与实际污染源有较大的区别，也没有考虑阳光加热街道路面和墙面后形成的热浮力作用，且布置方式比较固定，仅研究了风场与街谷道路垂直的情形，并未考虑风场的角度问题。另外，刘志辉等通过盐水实验模拟了街谷存在地面加热时空气流的流场特征，但并未研究污染物的扩散特性。因此，搭建更加贴近实际情况的小尺寸实验模型，是研究街谷道路环境的污染物流动和扩散规律的很好选择，对制定有效的机动车尾气污染的消减方法具有非常重要的意义。

发明内容

为了能够开展更加贴近实际环境的街谷道路交通污染物流动与扩散过程的相关实验和研究，本发明的目的在于提供一种城市街谷道路机动车污染物排放与扩散研究的实验装置。

本发明实现上述目的的技术解决方案如下：一种城市街谷道路机动车污染物排放与扩散研究的实验装置，包括风墙部分、街谷建筑模型和污染物排放机动车模型部分以及配套测控部分；其中：

所述风墙部分，用于提供风场环境，包括风墙以及实验段，风速范围0-10m/s，用于提供模拟环境风作用下的街谷道路所需的风场；实验段由透明有机玻璃板构成，方便观察实验现象；

所述街谷建筑模型和污染物排放机动车模型部分，用于模拟车辆在不同光照加热环境下的街谷道路上行驶并排放污染物，包括街谷下风侧建筑模型和上风侧建筑模型、机动车模型、发动机、示踪粒子添加装置和光照辐射加热板；所述街谷下风侧建筑模型为透明有机玻璃组成，便于摄像机拍摄示踪粒子运动图像；所述机动车模型，可通过无线控制器控制车辆的行进过程，同时通过尾部的排气管排放尾气；所述发动机，为汽车污染物的提供源，并通过示踪粒子添加装置往汽车尾气中添加示踪粒子，机动车模型和发动机以及示踪粒子添加装置通过软管连接；所述光照辐射加热板，模拟不同太阳光照强度对街道的加热作用，可以调节不同的角度，并且和红外测温仪配合使用，通过光照辐射把街道加热到特定的温度；

所述配套测控部分，包括实验段侧面数码摄像机和实验段端部数码摄像机、实验段侧面激光片光和实验段端部激光片光、尾气浓度测点、数据采集器和数据记录计算机；所述实验段侧面数码摄像机，拍摄汽车尾气中由实验段顶部激光片光照亮的示踪粒子运动图像，而实验段端部数码摄像机则拍摄实验段侧面激光片光照亮的示踪粒子运动图像，两组分开使用，避免相互干扰；所述尾气浓度测点，由一组竖向气体浓度探头组成，可以根据需要移动位置，测量不同区域处排放汽车尾气浓度，测量的结果通过数据采集器转码传输到计算机。

其中，采用发动机提供污染源，发动机燃料可以采用机动车比较普遍使用的天然气、汽油和柴油，转速则通过计算机控制；采用示踪粒子添加装置添加示踪粒子进发动机尾气，并通过数码摄像机拍摄示踪粒子的运动图像；采用粒径为0.5-2μm氮化硼作为示踪粒子，由发动机尾气驱动，通过机动车模型的尾气排放口喷出，夹带到街谷中并随着发动机尾气运动。

其中，街谷下风侧建筑模型和上风侧建筑模型的尺寸和二者间距都可以根据实验需要进行改变，实现对不同距离和不同尺寸的街谷道路环境的模拟。

其中，街谷下风侧建筑模型和上风侧建筑模型在实验段摆放的形式可以调节，不仅可以垂直于风场排放，也可以按照其他的角度摆放，研究不同角度(0-90°)的风场对街谷道路交通污染物扩散的影响。

本发明的有益技术效果体现在以下方面：