复杂地貌特征下的城市风环境与污染物扩散研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51808059
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    26.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0810.工程防灾
  • 结题年份:
    2021
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2021-12-31

项目摘要

Abstract: In recent years, with the rapid development of the urbanization process, many cities in China and in the world are facing more and more serious wind environment problems, e.g., the pedestrian comfort and pollutant accumulation, which trigger widespread concerns. However, since there is a lack of theoretics and methods on resolving these problems, the scientific planning in the urban expansion faces huge challenges. Based on the full comprehension of the drawbacks and limitations of previous studies, this project will be carried out by taking a typical morphologically complex city district as the research prototype through Computational Fluid Dynamics (CFD) and wind tunnel tests to analyze the detailed district wind field . The main work includes:.1) Develop a high precision pocket anemometer, pollution source generator, and pollution concentration monitoring device;.2) By combining the methods of pressure measurement and force measurement, the urban canopy resistant characteristics will be analyzed with considering different urban spatial morphologies;.3) The Unmanned Aerial Vehicle (UAV) oblique aerial photography and three dimensional cloud points reverse fitting technique will be used to establish the complex building geometric modeling;.4) Based on the multi-scale coupling method, the velocity down-scaling issues of the coupling surface between WRF and CFD will be analyzed;.Finally, a high effective and precise analysis framework on urban wind environments and pollutant dispersion by combining the numerical simulation and wind tunnel tests will be established. This framework can provide technical supports for the rational urban planning and sustainable development of cities.
摘要:近年来,随着高强度的城市开发,由风环境引起的行人舒适度与污染物积聚等问题愈发严重,引起了广泛关注。而目前对该问题研究的理论与方法还非常缺乏,使得城市扩张过程中的科学规划问题面临着严峻的挑战。本项目将针对现有研究的不足,拟以复杂地貌特征下的典型城区为研究背景,利用风洞试验与数值模拟相结合的方法对其关键问题进行探索,主要内容包括:1)研发高精度袖珍型风速仪、污染源发生器与污染物浓度监测装置;2)采用测力和测压法分别对冠层模型进行风洞试验,揭示冠层内阻力系数的分布规律;3)基于倾斜摄影测量技术,结合三维点云逆向拟合法,提出复杂城区几何模型的高精度生成方法;4)基于多尺度耦合数值模拟,实现WRF与CFD风场数据的高精度交换;最后结合风洞试验与数值模拟对典型城区风环境及污染物扩散进行综合分析,从而提出一套高效率、高精度的研究方法,为城市扩张的合理规划与可持续发展提供技术支撑。

结项摘要

随着我国城市人口所占的比重不断增大,风环境,热环境带来的负面影响日益激烈。大量机动车排放的有害气体容易在城市街道、小区等建筑物密集区域积聚,得不到扩散,导致了严重的空气污染,一系列问题的出现对城市小区的通风能力和自净化能力提出了更高要求。本项目针对当前风环境与污染物扩散研究中面临的痛点问题,历时三年(2019.01.01-2021.12.31),利用CFD数值模拟和风洞试验相结合的方法对其关键问题进行了精细化研究。主要研究成果如下:在风洞试验方面,研发了高精度风速探针、污染源发生器和污染物浓度监测仪;开展了城市冠层模型风洞试验,研究了冠层阻力系数的沿高度方向分布;建立了典型城区风洞试验模型,揭示了风环境的分布特点和污染物扩散规律。在数值模拟方面,搭建了倾斜摄影测量平台,生成了城区复杂地貌几何模型,并对风场进行了多尺度耦合分析,建立了速度场高阶降尺方法,最后对典型城区风环境与污染物扩散进行了大涡模拟研究,提出了复杂地形风环境高精度数值模拟流程。为日后准确预报小区污染物浓度,评估小区风环境,改善小区通风能力和自净化能力提供了科学支撑,具有广泛的应用前景。基于项目研究成果,申请并授权发明专利3项;在国内外重要期刊上发表高水平论文12篇,培养了硕士3名,协助培养博士1名,较好完成了项目任务和各项考核指标。

项目成果

期刊论文数量(10)
专著数量(0)
科研奖励数量(1)
会议论文数量(0)
专利数量(5)
基于多尺度耦合的城市小区风环境大涡模拟研究
  • DOI:
    10.16740/j.cnki.cn43-1421/n.2019.03.009
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    湖南理工学院学报(自然科学版)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    沈炼;邓万钞;唐春朝;陈幼;韦成龙
  • 通讯作者:
    韦成龙
Surrogate Modeling with Sequential Updating: Applications to Bridge Deck-Wave and Bridge Deck-Wind Interactions
具有顺序更新的代理建模:在桥面-波浪和桥面-风相互作用中的应用
  • DOI:
    10.1061/(asce)cp.1943-5487.0000904
  • 发表时间:
    2020-07
  • 期刊:
    Journal of Computing in Civil Engineering
  • 影响因子:
    6.9
  • 作者:
    Xu Guoji;Kareem Ahsan;Shen Lian
  • 通讯作者:
    Shen Lian
Multiscale simulation of wind field on a long-span bridge site in mountainous area
山区大跨桥址风场多尺度模拟
  • DOI:
    10.1016/j.jweia.2018.04.012
  • 发表时间:
    2018-06
  • 期刊:
    Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics
  • 影响因子:
    4.8
  • 作者:
    Han Yan;Shen Lian;Xu Guoji;Cai C S;Hu Peng;Zhang Jianren
  • 通讯作者:
    Zhang Jianren
高精度入口边界的峡谷桥址风场数值模拟
  • DOI:
    10.19721/j.cnki.1001-7372.2020.07.012
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    中国公路学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    沈炼;华旭刚;韩艳;蔡春声;韦成龙
  • 通讯作者:
    韦成龙
A Novel Canopy Drag Coefficient Model for Analyzing Urban Wind Environments Based on the Large Eddy Simulation
基于大涡模拟的城市风环境分析的冠层阻力系数模型
  • DOI:
    10.3390/en14040796
  • 发表时间:
    2021-02
  • 期刊:
    Energies
  • 影响因子:
    3.2
  • 作者:
    沈炼;Han Yan;Xu Guoji;C.S. Cai;Yang Ying;Hua Xugang
  • 通讯作者:
    Hua Xugang

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其他文献

基于WRF的山区峡谷桥址风场数值模拟
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    中国公路学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    沈炼;韩艳;董国朝;蔡春声;张建仁
  • 通讯作者:
    张建仁
不同入口边界条件对建筑群污染物扩散影响的数值研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    铁道科学与工程学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    沈炼;韩艳;蔡春声;董国朝
  • 通讯作者:
    董国朝
山区峡谷桥址处风场实测与数值模拟研究
  • DOI:
    10.16339/j.cnki.hdxbzkb.2016.07.003
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    湖南大学学报(自然科学版)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    沈炼;韩艳;蔡春声;董国朝;李春光
  • 通讯作者:
    李春光
基于谐波合成法的大涡模拟脉动风场生成方法研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    湖南大学学报(自然科学版)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    沈炼;韩艳;蔡春声;董国朝
  • 通讯作者:
    董国朝
超声波刮治机所引发气溶胶的时空分布特性
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    湖南大学学报(自然科学版)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    邢超杰;艾正涛;沈炼;韩艳
  • 通讯作者:
    韩艳

其他文献

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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