本發明專利技術公開了一種街谷型道路交叉口內氮氧化物擴散及分布研究實驗模型，包括風墻系統、城市街谷交叉路口模型、線性排放源模型、PIV示蹤系統、氮氧化物檢測系統，其中通過風墻系統為實驗提供風場，城市街谷交叉路口模型由四個建筑模型圍成的十字形交叉口組成，線性氮氧化物排放源布設在街道上，并通過軟管和氮氧化物生成裝置以及示蹤粒子添加器相連，在街谷交叉口內釋放出混有示蹤粒子的氮氧化物，并由放置在街谷交叉口的氮氧化物檢測器測定交叉口內的濃度，同時數碼相機將記錄由激光光源照亮的示蹤粒子擴散圖像，該裝置能夠模擬街谷型道路交叉口機動車排放的氮氧化物擴散，對制定街谷道路交叉口消減氮氧化物污染物方案具有重要意義。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及交通污染物排放領域，尤其涉及一種街谷型道路交叉口內氮氧化物擴散及分布研究實驗模型。
技術介紹
近些年來，隨著快速的城市化，城市機動車的保有量持續增長，導致機動車排放的尾氣逐漸成為城市大氣污染物的主要來源之一。與工業廢氣一樣，機動車排放的氮氧化物也會受到氣象、地形、建筑物形狀等因素的影響，特別是道路兩側的建筑物對氣流的阻礙作用，嚴重削弱尾氣中氮氧化物的輸送和擴散，致使城市街谷附近的氮氧化物含量嚴重超標，尤其是街谷道路交叉口處，大量機動車在怠速情況下等待通行以及當發生交通擁堵時，會產生大量氮氧化物。基于目前的技術條件，實際的城市交叉口環境布置有效的流場測量儀器十分困難，只能布置少量的測點，測的污染物隨時間變化的規律，不能確定污染物在交叉口總體的擴散行為，而且實際城市街谷道路交叉口偶然因素過多，不利于實驗的控制。隨著計算機技術的不斷發展CFD方法成為數值模擬復雜建筑物條件下污染物擴散行為的重要途徑之一，雖然國內外學者通過數值模擬的方法已經取得一定的成果，但缺少實驗結果的支持，因此構建貼近現實的小尺寸實驗模型，是研究城市街谷型道路交叉口機動車污染物擴散的重要選擇，對于制定有效的交叉口空氣環境改善方法具有參考作用。
技術實現思路
為了開展城市街谷道路交叉口環境典型污染物(氮氧化物)擴散和分布的研究，本專利技術的目的在于提出了一種城市街谷型道路交叉口內氮氧化物擴散和分布研究的實驗裝置。本專利技術實現上述目的的技術解決方案如下：一種街谷型道路交叉口內氮氧化物擴散及分布研究實驗模型，包括風墻系統、城市街谷交叉路口模型、線性排放源模型、PIV示蹤系統和氮氧化物檢測系統，其中風墻系統、街谷道路交叉口模型、線性氮氧化物排放源模型、氮氧化物檢測系統，部分或全部放置于風墻實驗段內，其材質為透明有機玻璃，便于觀察實驗現象；所述的風墻系統，用于提供實驗所需的風場環境，由風墻部分、整流段以及街谷道路交叉口模型所處的風墻實驗段組成，風墻系統可以提供風速在0～10m/s范圍內，模擬城市街谷道路交叉口所需風場環境；所述的街谷道路交叉口模型，用于提供實驗所需的城市街谷道路交叉口環境，由上風側的兩個建筑物和下風側面的兩個建筑物，其材質為透明有機玻璃，四個建筑物尺寸規格相同，呈田字形分布組成十字型的交叉口；所述的氮氧化物線性釋放源系統，用于模擬現實中連續車輛通過交叉口釋放低濃度氮氧化物的行為，由橫向線性釋放源A、橫向線性釋放源B、縱向線性釋放源A、縱向線性釋放源B、軟管、示蹤粒子添加器、氮氧化物氣罐組成，其中各線性釋放源模型和示蹤粒子添加器以及氮氧化物氣罐通過軟管順次相連通，氮氧化物氣罐產生的氮氧化物經軟管與示蹤粒子添加器相連，示蹤粒子添加器將示蹤粒子添加到氮氧化物氣體中，示蹤粒子添加器含有分流閥裝置，將混有示蹤粒子的氮氧化物氣體分流到四個與線性釋放源裝置相連的軟管中去，其中示蹤粒子采用粒徑大小為1-5μm的氮化硼顆粒，分流閥用于控制線性釋放源氮氧化物的釋放速率；線性釋放源分別占據一條車道，對應著一個方向上的車隊，模擬街谷機動車穿越交叉口的行為；所述的PIV示蹤系統，用于顯示在街谷道路交叉口及街谷內示蹤粒子的分布狀況，以及運動狀態，包含側面激光片光源、端部激光片光源、側面數碼相機、端部數碼相機，其中激光片光源用于照亮示蹤粒子，數碼相機用于拍攝記錄示蹤粒子的運動軌跡，其中兩個激光片光源照亮的面相互垂直；所述的氮氧化物檢測系統，用于檢測街谷道路交叉口內空氣中氮氧化物的濃度并將測得實驗數據通過數據收集裝置匯總發送給計算機，包括5組豎向氮氧化物檢測儀、數據收集器和計算機；其中一組豎向氮氧化物檢測儀位于交叉口的正中心位置，其余四組豎向氮氧化物檢測儀可以根據需要移動位置探測不同區域氮氧化物的濃度，測得的實驗數據通過數據采集器發送至計算機；其中，所述的組成街谷道路交叉口的上風側的兩個建筑物和下風側面的兩個建筑物的尺寸大小和四個建筑之間的間距根據實驗需要可以做出調整，實現研究氮氧化物在不同尺寸街谷道路交叉口內的擴散過程。其中，所述的車隊的釋放源是由氮氧化物氣罐提供，目的在于提供實驗所需的低濃度氮氧化物氣體，通過氣罐上的氣閥控制氣體釋放的速率；所述的示蹤粒子添加器，將示蹤粒子混入到氮氧化物氣體中，并通過四個線性釋放源釋放到街谷道路交叉口中，由側面數碼相機、端部數碼相機記錄被側面激光片光源、端部激光片光源照亮的示蹤粒子的運動圖像，其中采用粒徑為1-5μm氧化硼作為示蹤粒子。其中，4組豎向氮氧化物檢測儀可以移動和1組固定于交叉口正中心位置，四組豎向氮氧化物檢測儀可以位于四個進口中點，也可位于四個建筑物拐角處。其中，街谷道路模型內不僅可以實現單層道路污染物排放的模擬，也可以在街谷道路上架設高架橋模型，實現對立體復雜街谷道路交叉口環境下氮氧化物的擴散過程模擬研究。本專利技術的有益技術效果體現在以下方面：1.本實驗裝置根據相似理論，等比例縮放現實中的真實的街谷道路交叉口的建筑物，街谷道路交叉口模型、線性釋放源模型以及風場環境，真實的模擬現實中連續車流排放的氮氧化物分布和擴散現象，街谷模型放置于風墻實驗段中，便于觀察實驗現象，風墻風速以及角度可以根據實驗要求進行調整，交叉口的長寬比根據實驗要求進行改變，可以研究不同風向的風場和不同尺寸街谷道路交叉口對污染物擴散的影響；2.本實驗利用PIV示蹤技術，通過示蹤粒子添加器把示蹤粒子添加入模擬氣源中，通過激光片光源照亮示蹤粒子，由數碼相機記錄示蹤粒子運動圖像，將污染物在交叉口內擴散的情況直觀、準確的記錄下來；3.本實驗裝置能夠在不同區域監測交叉口內以氮氧化物為主的污染物濃度，使得實驗數據更加全面，真實有效；4.街谷道路模型內不僅可以實現單層道路污染物排放的模擬，也可以在街谷道路上架設高架橋模型，實現對立體復雜街谷道路交叉口環境下氮氧化物的擴散過程模擬研究。附圖說明圖1是本專利技術提出的一種街谷型道路交叉口內氮氧化物擴散及分布研究實驗裝置示意圖；圖2是所述一種街谷型道路交叉口內氮氧化物擴散及分布研究實驗裝置的俯視圖；圖3是所述一種街谷型道路交叉口內氮氧化物擴散及分布研究實驗裝置的添加高架橋示意圖。上述附圖中，1為風墻部分；2為出風墻；3為側面激光片光源；4為側面數碼相機；5為風墻實驗段；6為示蹤粒子添加器；7為軟管；8為氮氧化物氣罐；9為端部激光片光源；10為端部數碼相機；11為下風面建筑物；12為數據采集器；13為豎向氮氧化物檢測儀；14為計算機；15為上風面建筑物本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種街谷型道路交叉口內氮氧化物擴散及分布研究實驗模型，其特征在于：包括風墻系統、城市街谷交叉路口模型、線性排放源模型、PIV示蹤系統和氮氧化物檢測系統，其中風墻系統、街谷道路交叉口模型、線性氮氧化物排放源模型、氮氧化物檢測系統，部分或全部放置于風墻實驗段(5)內，其材質為透明有機玻璃，便于觀察實驗現象；所述的風墻系統，用于提供實驗所需的風場環境，由風墻部分(1)、整流段(2)以及街谷道路交叉口模型所處的風墻實驗段組成，風墻系統可以提供風速在0～10m/s范圍內，模擬城市街谷道路交叉口所需風場環境；所述的街谷道路交叉口模型，用于提供實驗所需的城市街谷道路交叉口環境，由上風側的兩個建筑物(15)和下風側面的兩個建筑物(11)，其材質為透明有機玻璃，四個建筑物尺寸規格相同，呈田字形分布組成十字型的交叉口；所述的氮氧化物線性釋放源系統，用于模擬現實中連續車輛通過交叉口釋放低濃度氮氧化物的行為，由橫向線性釋放源A(17)、橫向線性釋放源B(18)、縱向線性釋放源A(16)、縱向線性釋放源B(19)、軟管(7)、示蹤粒子添加器(6)、氮氧化物氣罐(8)組成，其中各線性釋放源模型和示蹤粒子添加器(6)以及氮氧化物氣罐(8)通過軟管(7)順次相連通，氮氧化物氣罐(8)產生的氮氧化物經軟管(7)與示蹤粒子添加器(6)相連，示蹤粒子添加器(6)將示蹤粒子添加到氮氧化物氣體中，示蹤粒子添加器(6)含有分流閥裝置，將混有示蹤粒子的氮氧化物氣體分流到四個與線性釋放源裝置相連的軟管(7)中去，其中示蹤粒子采用粒徑大小為1?5μm的氮化硼顆粒，分流閥用于控制線性釋放源氮氧化物的釋放速率；線性釋放源分別占據一條車道，對應著一個方向上的車隊，模擬街谷機動車穿越交叉口的行為；所述的PIV示蹤系統，用于顯示在街谷道路交叉口及街谷內示蹤粒子的分布狀況，以及運動狀態，包含側面激光片光源(3)、端部激光片光源(9)、側面數碼相機(4)、端部數碼相機(10)，其中激光片光源用于照亮示蹤粒子，數碼相機用于拍攝記錄示蹤粒子的運動軌跡，其中兩個激光片光源照亮的面相互垂直；所述的氮氧化物檢測系統，用于檢測街谷道路交叉口內空氣中氮氧化物的濃度并將測得實驗數據通過數據收集裝置匯總發送給計算機(14)，包括5組豎向氮氧化物檢測儀(13)、數據收集器(12)和計算機(14)；其中一組豎向氮氧化物檢測儀(13)位于交叉口的正中心位置，其余四組豎向氮氧化物檢測儀(13)可以根據需要移動位置探測不同區域氮氧化物?的濃度，測得的實驗數據通過數據采集器(12)發送至計算機(14)。...
【技術特征摘要】
1.一種街谷型道路交叉口內氮氧化物擴散及分布研究實驗模型，其特征在于：包括風墻系統、城市街谷交叉路口模型、線性排放源模型、PIV示蹤系統和氮氧化物檢測系統，其中風墻系統、街谷道路交叉口模型、線性氮氧化物排放源模型、氮氧化物檢測系統，部分或全部放置于風墻實驗段(5)內，其材質為透明有機玻璃，便于觀察實驗現象；
所述的風墻系統，用于提供實驗所需的風場環境，由風墻部分(1)、整流段(2)以及街谷道路交叉口模型所處的風墻實驗段組成，風墻系統可以提供風速在0～10m/s范圍內，模擬城市街谷道路交叉口所需風場環境；
所述的街谷道路交叉口模型，用于提供實驗所需的城市街谷道路交叉口環境，由上風側的兩個建筑物(15)和下風側面的兩個建筑物(11)，其材質為透明有機玻璃，四個建筑物尺寸規格相同，呈田字形分布組成十字型的交叉口；
所述的氮氧化物線性釋放源系統，用于模擬現實中連續車輛通過交叉口釋放低濃度氮氧化物的行為，由橫向線性釋放源A(17)、橫向線性釋放源B(18)、縱向線性釋放源A(16)、縱向線性釋放源B(19)、軟管(7)、示蹤粒子添加器(6)、氮氧化物氣罐(8)組成，其中各線性釋放源模型和示蹤粒子添加器(6)以及氮氧化物氣罐(8)通過軟管(7)順次相連通，氮氧化物氣罐(8)產生的氮氧化物經軟管(7)與示蹤粒子添加器(6)相連，示蹤粒子添加器(6)將示蹤粒子添加到氮氧化物氣體中，示蹤粒子添加器(6)含有分流閥裝置，將混有示蹤粒子的氮氧化物氣體分流到四個與線性釋放源裝置相連的軟管(7)中去，其中示蹤粒子采用粒徑大小為1-5μm的氮化硼顆粒，分流閥用于控制線性釋放源氮氧化物的釋放速率；線性釋放源分別占據一條車道，對應著一個方向上的車隊，模擬街谷機動車穿越交叉口的行為；
所述的PIV示蹤系統，用于顯示在街谷道路交叉口及街谷內示蹤粒子的分布狀況，以及運動狀態，包含側面激光片光源(3)、端部激光片光源(9)、側面數碼相機(4)、端部數碼相機(10)，其中激光片光源用于照亮示蹤粒子，數碼相機用于拍攝記錄示蹤粒子...
【專利技術屬性】
技術研發人員：王強，石琴，唐飛，楊冰健，
申請(專利權)人：合肥工業大學，
類型：發明
國別省市：安徽;34
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