Моделирование ветрового потока и переноса загрязняющих примесей с целью прогнозирования экологической обстановки на селитебных территориях

• Автор: Синицына, Ирина Евгеньевна
• Шифр специальности: 11.00.11
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 1993
• Место защиты: Ижевск
• Количество страниц: 359 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДШИЕ.б

1. АНАЛИЗ НЕКОТОРЫХ ЗАДАЧ АЗРОНОмИлИ, СВЯЗАННЫХ С

УЛУЧШЕНИЕМ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ ОБСТАНОВКИ НА СЕЛИТЕБНЫХ

ТЕРРИТОРИЯХ.

1.1. Анализ известных архитектурнопланировочных средств и методов строительной аэродинамики, применяемых с целью повышения устойчивости

среды в зонах техногенного влияния

1.1.1. примеры учета ветровых воздействий на микроклимат в практике градостроительства

1.1.2. ьзаимодействие ветра с рельефом местности

1.1.3. О некоторых известных аэродинамических соотношениях в архитектуре и строительстве

.4. использование зеленых насаждений в зонах

техногенного влияния
1.2. Анализ гидродинамических моделей ветровых течений в приземном атмосферном пограничном слое . .
1.2.1. Моделирование пограничного слоя атмосферы при стационарных условиях .
1.2.2. Трансформация ветровых течений вследствие изменения шероховатости подстилающей поверхности.
1.2.3. Основные уравнения и критерии, используемые для описания движения воздуха в турбулентном пограничном слое
1.2.4. Спектральные характеристики
. перенос пассивных примесей воздушным потоком
и их распространение над поверхностями с широким спектром шероховатостей .
1.3.1. О ситуации с загрязнением атмосферы примесями
и мерах борьбы с ним.
1.3.2. Математические модели и расчетные методики рассеивания примесей .
4. Краткие выводы Ю
2. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ЮДЕШЮЬАШЕ ВЕТРОВЫХ ТЕЧЕНИЙ В ЦРИЗНМЮЫ СДОЕ АТМОСФЕРЫ СЕЛИТЕБНЫХ ТЕРРИТОРИЙ . .
2.1. иолу эмпирическая теория турбулентного пограничного слоя атмосферы вблизи поверхностей с широким спектром шероховатостей.НО
2.1.1. Физическая и математическая модели приземного слоя атмосферной турбулентности . . .
2.1.2. Определение геострофической скорости ветра . .
2.1.3. Модель обтекания поверхностей с широким спектром шероховатостей
2.2. Трансформация воздушных потоков при обтекании
непроницаемых препятствий
2.2.1. Определение аэродинамической тени за препятствием.
2.2.2. Влияние макрошероховатостей и рельефа местности на структуру приземного турбулентного слоя
2.2.3. Взаимодействие ветровой струи с плоской
стенкой
2.2.4. Кинематика воздушного потока, обтекающего
здание в форме параллелепипеда.
2.3. Нульсационные характеристики и спектры
воздушных течений в атмосфере
2.3.1. Структура турбулентных пульсаций
2.3.2. Спектральные характеристики.
2.4. Краткие выводы
3. ФОРМИРОВАНИЕ КОМФОРТНОГО шИКРОЮШАТА и УЛУЧШЕНИЕ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ ОБСТАНОВКИ ЗЕлЕНВГ НАСАЖДЕНИЯМИ
3.1. Моделирование процессов движения воздуха
сквозь зеленые насаждения
3.1.1. Просачивание воздуха через плотную полосу зеленых насаждений.
3.1.2. Обтекание ветром ажурной полосы зеленых насаждений.
3.2. Трансформация воздушного потока над плотной полосой зеленых насаждений .
3.2.1. Изменение аэродинамических характеристик ветрового потока над растительностью .
3.2.2. Взаимодействие турбулентного потока воздуха с растительным покровом .
3.3. Краткие выводы
4. ДИФФУЗИЯ ПАССИВНЫХ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ПРИМЕСЕЙ И ТЕПЛОПЕРЕНОС В ПРИЗЕМНОМ СЛОЕ АТМОСФЕРЫ ГОРОДОВ
И НАСЕЛЕННЫХ МЕСТ.
4.1. Распространение загрязняющих примесей
от источников . .
4.1.1. Диффузия примеси в стационарном приземном слое атмосферы.
4.1.2. Турбулентная диффузия примеси от источника на поверхности земли .
4.2. Перенос тепла в приземном слое атмосферы селитебных территорий
4.2.1. Профили температуры
4.3. О возможности снижения тепло и массопереноса между подстилающей поверхностью и
ветровым потоком.
4.4. Краткие выводы.
5. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ЛАБОРАТОРНОЕ И МАШИННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ВЕТРОВОГО МИКРОКЛИМАТА В ГОРОДСКИХ МИКРОРАЙОНАХ
5.1. Аналоговое моделирование обтекания ветром городской застройки
5.1.1. Описание метода и используемой методики
ЭГДА моделирования
5.1.2. Описание метода ламинарной аналогии и конструкции щелевого лотка .
5.1.3. Результаты исследования обтекания ветром одиночно расположенных непроницаемых тел
и типовых зданий и сооружений
5.1.4. ЭГДАмоделирование обтекания воздушным
потоком группы зданий и сооружений
5.2. Экспериментальные аэродинамические исследования ветрового режима селитебных территорий
5.2.1. Цели и задачи, план аэродинамических экспериментальных исследований .
5.2.2. Описание аэродинамических установок, измерительной аппаратуры, методики экспериментов и объектов исследования .
5.2.3. Результаты экспериментов в аэродинамических трубах
5.2.4. Анализ результатов лабораторных исследований
5.3. Численное моделирование на ЭВМ ветрового
режима на селитебных территориях .
5.3.1. Результаты моделирования на ЗШ аэрацион
ного режима в микрорайоне К
5.3.2. Анализ карт азрационного режима микрорайона К6.
5.4. Краткие выводы
6. НАТУРНЫЕ НАБЛВДЕНИЯ ЗА ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ ОБСТАНОВКОЙ
В г.ИЖЕВСКЕ
6.1. Климат и экология г.Ижевска.
6.1.1. Особенности природноклиматических условий, рельефа местности и районной планировки г. иже вс ка
6.1.2. Экологическая обстановка в г.Ижевеке
6.2. Натурные экспериментальные исследования ветрового микроклимата в жилых микрорайонах г. Иже века
6.2.1. Методика проведения натурных исследований . . .
6.2.2. Результаты натурных исследований в некоторых жилых микрорайонах г.Ижевска.
6.3. Краткие выводы и рекомендации по улучшению
архитектурнопланировочных решений .
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ.
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность


Если воздух на склоне холма нагревается за счет прогреьа земной поверхности солнцем, то под действием архимедовой силы он начинает течь вверх по склону и вызывает отрыв потока, стекающего по склону вниз. Возможен и обратный процесс при охлаждении поверхности земли ночью пограничный слой под действием силы тяжести опускается и отрыв прекращается. Атмосфера это воздушная оболочка Земли толщиной более км. Земли. Сравнительно небольшие скорости ветров в обычных условиях позволяют рассматривать воздушный поток как течение вязкой несжимаемой жидкости. Бернулли, НавьеСтокса, Рейнольдса и др. В работах , 7 и др. Такой прием в принципе широко применяется для получения качественной картины обтекания препятствий с помощью математического моделирования, пак потенциальное течение рассматривается ветровой поток и при аналоговом моделировании. Но эти методы позволяют решать лишь двухмерные задачи и, главное, не учитывают вязкости воздуха и, как следствие, турбулентное трение, флуктуации и профиль скорости воздушного потока. Так как практически вся атмосфера турбулентна, то потоки воздуха представляют собой беспорядочные вихри, имеющие различные размеры, формы. Зти вихри перемешивают различные слои воздуха и активно переносят количество движения, тепло, водяной пар, пыль, дым и т. Вертикальные и горизонтальные коэффициенты турбулентной диффузии на несколько порядков превышают соответствующие коэффициенты молекулярной диффузии. Турбулентность атмосферы обуславливает особенности движения воздуха у Земли в так называемом атмосферном турбулентном пограничном слое ТВС . Толщина атмосферного ТИС, в котором проявляется суточная периодичность переноса тепла и влаги, примерно равна ,5 км. Ь нижней части пограничного атмосферного слоя существует приземный слой, в котором вертикальные турбулентные потоки почти постоянны с высотой и, следовательно, соответствующие средние величины заметно не изменяются во времени. Толщина приземного слоя несколько десяткоЕ метров, но возрастает с увеличением шероховатости земной поверхности. Цод приземным слоем находится слой взаимодействия, содержащий элементы шероховатости земной поверхности. Этот слой изучен плохо, хотя процессы в нем очень важны, т. Турбулентный поток не зависит от молекулярной вязкости, а выступает как сила сопротивления, порождаемая силой давления, действующей на элементы шероховатости Атмосферные движения воздуха имеют широкий спектр от движений микромасштаба м до движений макромасштаба Юм. Ввиду такого большого диапазона спектра вихревых движений в атмосфере наш знания о нем на сегодняшний день нельзя назвать удовлетворительными. Необходима более полная информация о зависимости мелкомасштабных вихрей приземного слоя от орографии, термических и оптических свойств земной поверхности, от высоты над нею, погоды, климата и времени суток. Серебровского Ф. А. 3,7 и др. Предложена гипотеза о ярусном строении воздушного бассейна населенных мест и математическая модель процесса трансформации воздушного потока, в которой город или населенный пункт с застройкой, промышленными предприятиями, рельефом местности, акваториями, зелеными насаждениями представляется как совокупность шероховатостей и преград различного масштаба. Прежде чем рассматривать, как какоелибо течение в окружающей среде может использоваться или может воздействовать на человеческую деятельность, требуется некоторая информация о нем, а еще лучше некоторое понимание его особенностей. В большинстве областей Земли естественную окружающую среду приходится изменять для того, чтобы делать возможным само существование человека, животных и многих видов растительности. Обычно желательно уменьшить естественные воздушные потоки хотя в жарких странах здания проектируются на сваях именно для увеличения воздушных потоков. Осуществляемые методом проб и ошибок подобные улучшения окружающей среды во второй половине нашего столетия испытали влияние со стороны гидродинамических исследований. За рубежом одной из пионерских стала работа Зь, исследующая холодные ветра 1гландского полуострова. МОСКВЫ, в панзасе и Миннесоте . Колмогоровым , Мониным и Обуховым .