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[硕士论文] 肖京昊
化学工程 内蒙古大学 2017(学位年度)
摘要:目前我国环境污染日益严重,国家正在加快工业转型升级的脚步,工业污染物的排放直接影响生活环境的空气质量与身体健康。长期生活在气体污染物扩散严重的环境中将会对人体造成严重损害。学校校区是学生学习生活的主要场所,学生的学习与生活环境一直是社会关注的焦点,所以研究学校周边污染物在校区内的扩散状况对学校建设以及污染源的迁移有现实指导意义。
  本文利用计算流体力学CFD(Computational Fluid Dynamics)方法,以假想学校校区为研究对象,建立了物理模型和数学模型,通过数值模拟的方法对该学校校区气流流动以及校区内污染物的扩散情况进行三维模拟计算,其中以二氧化硫为主要污染物,分析学校内不同风向时的流场变化以及污染物的扩散情况。模拟结果表明:
  首先,不同风向时,通过对温度场和浓度场的分析,得到建筑物和人们活动的地面附近的污染物分布:污染源扩散主要是在建筑物外的上空进行扩散,在上空的水平面内,沿着主导风向浓度逐渐减小,而在校区内,由于受到建筑物的遮挡作用,污染物会在建筑物的背风侧形成富集区域。
  其次,浓度高低取决于该点所处的具体位置,在不同高度水平区域内不同模拟点处的浓度是不同的,在低于建筑物污染物的扩散在很大程度上受到建筑物的影响。随着高度的升高,流场受到的建筑物的影响逐渐弱化,但是高于建筑物一定距离的流场还是要受到建筑物的影响,从而导致风向改变。风会沿着建筑物的顶部角缘向上攀升,流速逐渐增大。污染物随着主导风向越过建筑物之后,主要通过建筑物顶部扩散,在其背面出现回流。
[硕士论文] 郑家琪
计算机科学与技术 北京交通大学 2017(学位年度)
摘要:近年来,随着化工产业的快速发展,化学品的使用越来越多。其中,一些化学品由于储存不正确,发生意外泄漏,产生比空气密度大的气云,称为重气,它沿着地表进行扩散,引发中毒、燃烧、爆炸等危险事故的概率急剧增加,严重威胁周围人员人身安全和财产安全。重气扩散过程受很多外界因素影响,如风速、障碍物等,其扩散过程复杂。因此,开展重气扩散过程的研究,对于科学预防重气泄漏引发事故的发生以及指导应急救援具有重要理论价值和实践意义。
  重气扩散过程相当复杂,大型现场试验虽然能够收集到大量的真实数据,但是花费巨大且不能重复试验,经验模型适用性较窄且精度不够。针对以上问题,本文选用修正的湍流(κ-ε)模型修饰的计算流体力学(CFD)数值模型,以氯气为例,开展重气在有风条件下绕障碍物扩散的研究。本文主要的研究工作如下:
  (1)综述了重气扩散数值模型的国内外研究现状,在对比分析了唯象模型、箱模型、浅层模型和计算流体力学模型的优缺点之后,选用计算流体力学模型模拟重气扩散过程,并且选用修正的κ-ε模型更为真实地刻画重气扩散过程中的湍流运动。选取实验场景,建立三维坐标系,结合坐标系建立CFD模型的数学方程式,简化公式待求解。
  (2)在求解CFD数值模型时,由于计算区域网格划分数目巨大,计算任务艰巨,耗时长。目前在高性能计算领域内发展非常迅速的CPU-GPU异构体系结构,其由于巨大的并行计算潜力被重多学者所关注。但是,CPU-GPU异构体系的OpenCL编程模型缺乏扩展到多个计算节点的能力,传统的并行编程模型如共享存储编程模型的OpenMP,又难以发掘异构系统所有的计算能力,所以本文将OpenCL与OpenMp结合起来,以MPI作为进程间的消息传递机制,提出基于MPI+OpenMP+OpenCL的三级混合并行编程模型,以此对CFD数值模型求解过程进行并行优化,大幅度提高计算速度和精度,保证计算的实时性。当网格规模为200*200*80时,该模型在128个计算节点上获得了12.56的加速比,并行效率为62.1%。
  (3)将CFD模型的数值计算结果与三维仿真软件Unity3D结合,实时模拟氯气在有风条件下绕障碍物扩散的过程,仿真效果真实、美观,动画效果流畅自然。此外,根据氯气浓度绘制出伤害区域,结合伤害模型和个人风险,对氯气中毒事故给出风险评估。
[硕士论文] 戴文
环境科学 安徽农业大学 2016(学位年度)
摘要:挥发性卤代烃主要有一氯甲烷、一氯乙烷、一氯丙烷、一氯丁烷、氯乙烯、氯丙烯等。挥发性卤代烃在大气中有较强的光化学反应活性,能够成为臭氧等二次污染的有机污染物,同时还能生成气溶胶有机物,对自然环境和我们人类赖以生存的生活环境有很大的影响。近年来,国内已经有许多学者开始对挥发性卤代烃的产生、来源、变化等做了一些相关的研究,然而到目前为止,国内针对环境空气中的绝大多数挥发性卤代烃尚未制定限制标准,对环境空气中的挥发性卤代烃的变化特征和变化的规律缺乏理论的分析。因此,为了探究合肥市挥发性卤代烃的变化特征,本实验从以下几个内容展开了研究,为合肥市挥发性卤代烃的变化特征的研究提供理论依据,丰富了合肥市挥发性卤代烃的信息数据库,同时,为城区居民的日常出行提供一定的借鉴意义。
  实验分别选取了城市主干道、交通枢纽区、森林公园区、轮胎和汽车工业区为常规的采样点,采用了进口的苏玛罐对这些不同地段的挥发性卤代烃进行了采样,利用Nutech3550大气预浓缩仪预处理的方法和气相色谱-质谱联用的检测手段进行了数据分析,分析研究了高温时段和低温时段挥发性卤代烃的浓度变化。
  本文还对城市主干道、交通枢纽区、森林公园区、轮胎工业区和汽车工业区这几个采样点做了夏季和冬季的主要的挥发性卤代烃的健康风险评价。
  实验结果显示:合肥市机动车尾气中卤代烃的主要成分是三氯乙烷、二氯甲烷、二氯丙烯和二氯乙烷;城市主干道高温时段卤代烃的主要成分是二氯甲烷、二氯乙烷、四氯乙烷和二氯丙烯;交通枢纽区高温时段卤代烃的主要成分是二氯甲烷、二氯苯、四氯乙烷和二氯丙烯;森林公园区低温时段卤代烃的主要成分是二氯甲烷、二氯苯、二氯丙烯和二氯乙烷;轮胎工业区高温时段卤代烃的主要成分是二氯甲烷、二氯苯、四氯乙烷和二氯乙烷;汽车工业区高温时段卤代烃的主要成分是二氯甲烷、二氯乙烷、四氯乙烷和二氯丙烯。
[硕士论文] 靳超然
工程热物理 华北电力大学 2016(学位年度)
摘要:在我国北方,直接空冷凝汽器由于其节水的特点被广泛应用。直接空冷系统通过轴流风机提供冷空气,对汽轮机排气进行冷却,空气与蒸汽之间进行热交换,空冷岛排出大量的热空气,引起空气和热量的流动,进而改变周围的环境,同时对污染物的扩散产生影响。所以研究空冷岛对周围流场及污染物分布情况的影响具有重要的意义。
  本文应用Fluent软件针对空冷岛对局地环境的影响进行数值模拟研究。建立了空冷岛及周边流场的模型,为了使模拟结果与实际情况更接近,通过UDF加载大气边界层函数,并针对不同的气温层结,设置不同的温度分布函数。
  首先,模拟了来流风速、气温层结不同条件下,空冷岛周围流场及温度场的分布情况,得到了边界层内速度、湍动能、温度、风切变、湍流通量等大气参数的变化特征。研究结果表明:在不同风速条件下,速度分布规律趋势基本相同,只是空冷岛和建筑物对来流的阻碍程度不同,气温层结稳定时,上升气流受到抑制,速度衰减最大值出现的高度比不稳定层结的低;湍动能沿竖直方向上,总趋势为随高度上升而减小,但在空冷平台及其上部会突然增大;风切变指数随着风速的增大而增大,稳定层结情况下的风切变指数几乎都大于不稳定层结的情况;风速较低时,空冷岛对动量通量的影响程度较大,由于空冷岛对气流产生竖直方向上的扰动,即使是在稳定层结条件下,空冷岛区域的动量通量依然要远大于不稳定层结下其他区域的动量通量。
  随后对不同来流风速、气温层结条件下,空冷岛周围污染物浓度分布情况进行分析。当风速变大时,有利于污染物的扩散;不稳定层结,由于对流强烈,使得污染物更加容易扩散;在稳定层结的情况下,空冷岛的热排放虽然会促进污染物的扩散,但对污染物的影响远小于层结对污染物的影响。
[硕士论文] 初宗坤
建筑与土木工程(暖通) 西安建筑科技大学 2016(学位年度)
摘要:在工业生产中的散料输运、转移等过程中,经常可以看到颗粒流的下落现象,期间往往伴随着大量粉尘的弥散。控制该过程中产生的粉尘,对于确保生产安全,保护人员的身体健康以及提高环境空气品质都具有积极意义。通过节能高效的手段控制粉尘的扩散,既节约资源成本又减少了粉尘的排放,从而响应了国家节能减排的号召。因此,本文探究下落颗粒流粉尘的扩散规律、产生机理以及影响因素,从而为今后降低通风系统能耗以及提高除尘系统效率等方面提供有效的理论依据。
  本文在课题组原有研究的基础上,通过查阅相关文献和总结国内外研究现状,研究了通过斜面出流获得的下落颗粒流的颗粒扩散和运动规律。利用搭建的实验台,以氧化铝、氟化铝和二氧化硅颗粒为研究对象,探究质量流量、下落高度、出流角度及接触面类型等因素对其产尘量的影响;并使用高速摄像仪跟踪拍摄颗粒流的下落运动轨迹和接触面区域的粉尘扩散现象,采用后处理软件对照片进行分析处理,对颗粒流的流态变化和粉尘扩散规律进行研究;此外,对比了不同的出流方式下,下落颗粒流产尘规律的异同。实验研究表明,对比斜面出流及自由下落两种方式的下落颗粒流,质量流量、下落高度、物料的种类和接触面类型等均会影响其下落过程中的产尘量。其中,当质量流量增加时,斜面出流下落颗粒流的产尘率一直增大,而自由下落颗粒流的产尘率在不同的下落高度处变化规律不同;当下落高度增加时,二者的产尘率都随之增加;当物料种类和接触面类型不同时,二者产尘率的变化规律基本相同。运用数理统计分析的方法对斜面出流下落颗粒流产尘率与下落高度、质量流量和出流角度之间的关系进行了回归分析,得到了它们之间的经验公式。通过对颗粒流的下落过程和碰撞过程的照片分析发现,下落过程中在颗粒流的出流反方向有明显的颗粒散射;而在碰撞过程,颗粒流出流方向粉尘的表面扩散现象较为严重。此外,研究还发现,斜面出流颗粒流的速度随着质量流量的增加而增大,并且随着下落高度的增加,颗粒的速度增量变缓。
[硕士论文] 陈静
环境工程 长安大学 2015(学位年度)
摘要:本文利用榆林市2012年全年的SO2、NO2和PM10三种常规大气污染物小时浓度数据,采用数理统计的方法,对上述三种大气污染物浓度的统计特征进行分析研究,同时结合榆林市的同步气象资料进一步分析了在不同气象条件下的大气污染物浓度的变化规律,得出以下主要结论:
  1.对榆林市2012年SO2、NO2和PM10三种污染物浓度时间序列的统计分析,得出三种大气污染物的小时浓度在一年四季中呈现春、冬两季浓度较高,秋季次之,夏季最低的季节变化特征。SO2和PM10的小时浓度变化趋势基本一致,均呈现出双峰双谷型的变化趋势,而 NO2的小时浓度的日变化趋势则表现为中午浓度最低、晚上凌晨后浓度较高的单谷型变化规律。
  2.由于大气污染物的空间分布主要取决于污染源的类型、分布情况及局部风向、风速,榆林市SO2、NO2和 PM10的小时浓度也呈现出一定的空间分布特征:实验中学的SO2和NO2浓度最高,而红石峡的SO2和世纪广场的NO2浓度最低,国控常规点环保大楼的PM10浓度最高,而另一个监测点世纪广场的PM10浓度最低。
  3.选用对数逻辑分布、对数正态分布、广义极值分布和韦伯分布四种统计分布模型,并对榆林市三种大气污染物的小时浓度时间序列进行统计分析,确定了SO2、NO2和PM10浓度的最佳分布模型及其统计特征参数,得出了榆林市三种污染物的最佳分布模型,选用3种拟合优度检验方法(KS检验、AD检验、卡方检验)分别评价了各污染物浓度与其最佳分布模型的拟合程度。
  4.利用线性相关分析法对三种大气污染物浓度在不同气象要素下的变化进行了研究,结果表明:在各种气象要素中,与污染物浓度呈正相关的是气压和大气稳定度,而与污染物浓度呈负相关的是温度和混合层高度;风速与SO2和NO2浓度呈负相关,与PM10浓度呈正相关。
[硕士论文] 任丽娟
环境工程 内蒙古工业大学 2015(学位年度)
摘要:二氧化碳为温室气体,已对全球气候产生了明显的影响。由于二氧化碳的浓度增高,气温不断升高,降雨量减少或降雨量规律发生变化,使得气候呈现暖干旱趋势。锡林浩特地处干旱半干旱区,年降水量仅200-400mm,干旱出现的机率很大,有三年两旱、七年一大旱的规律,且干旱持续时间长,连续干旱年数最长可达七年之久。干旱已经直接影响到草原地区牧户的生产和生活。
  本文分析了锡林浩特地区CO2浓度的时间和空间分布规律。结果表明研究区2003-2009年CO2浓度逐年增加;全年CO2浓度在空间上呈现东南高、西北低的格局;春季和夏季CO2浓度在空间上呈现出西部高、东部低的格局,而秋季和冬季呈现出东南高、西北低的格局。
  统计分析了研究区气象干旱发生的年、季、月演变。1978-2013年,研究区的年均降水量为269mm,其间旱年一共出现15年,干旱发生的频率为41.7%,其中有10年为轻旱,2年为中旱,1年为重旱,2年为特旱。春季干旱发生的次数最多,为16年,干旱频次为44%;其次为秋季13年,干旱频次为36%;夏季和冬季相同为11年,干旱频次为31%。基于以上干旱频次的分析,采用随机抽样法筛选出10年(1999年、2001年、2002年、2003年、2005年、2006年、2007年、2009年、2012年、2013年)作为本文的研究年份。
  通过对研究区2003-2009年CO2月平均浓度和平均气温、降水距平百分率的相关分析,可知CO2浓度与气温呈线性正相关;CO2浓度与降水距平百分率呈线性负相关,即CO2的浓度越高,越有向暖干旱发展的趋势。
  综合分析了影响牧户干旱适应性的各个因素,构建适应性评价指标体系,标准化处理指标数据,利用综合评价模型评估锡林浩特地区的干旱适应性;归纳干旱适应性的分布特征及其发展趋势;分析适应性的影响因素、差异特征、适应性效果差异。区域干旱适应性评估的结果显示,研究区整体的适应性一般,超过80%的区域都处在适应性的一般状态(等级Ⅲ),处于良好状态(等级Ⅳ)的仅仅只占到百分之几,而理想状态(等级Ⅴ)区域几乎没有。适应性指数最大值出现在2012年(8.1836),最小值出现在2005年(2.2113)。
  开展草原地区干旱适应性研究将有利于减轻干旱风险,也有利于促进草原的可持续利用。
[硕士论文] 周丽莎
光学工程 东南大学 2015(学位年度)
摘要:真空系统中的污染物质在一定条件下会在真空中释放,经扩散,吸附、沉降到真空室、光学元件等表面,导致系统污染、元件性能下降和其他一些负面影响,并致使整个真空系统中不同位置的污染程度不同。为保护关键元件不受污染,需要研究真空系统运行过程中污染物在空间中的分布情况。本课题研究对需要洁净真空环境的研究和应用具有重要价值。
  论文首先进行模拟研究。根据真空中污染物扩散沉降运动的理论基础,建立静态真空和动态真空下的自由分子流的数学模型,分别进行模拟。对静态真空条件下不同污染源饱和蒸汽压、污染源形状及污染源位置进行模拟。结果表明,污染源位置的影响最大,越靠近污染源的污染物最多;污染源形状对污染物扩散分布有一定影响;污染源饱和蒸汽压对空间相对分布没有太大影响;高真空下的分子态气体污染物重力引起的沉降作用对污染物扩散分布的影响较小。对动态真空条件下不同真空泵抽速、污染源位置及抽气口位置进行模拟。结果表明,污染源位置的影响很大,空间中越靠近污染源的位置污染物越多;真空泵抽速对污染物分布有影响,抽速越大,抽气口附近的污染物分子减小越多;抽气口位置对污染物分布有影响,距离真空泵抽气口最近的位置受抽气影响最大,其分子数密度下降最多。实验研究在动态真空环境下进行。结果表明,污染源位置起主要作用,越靠近污染源的位置污染物越多;真空泵抽速和抽气口位置也对污染物分布有较大的影响。实验研究结果与模拟研究结果有较好的一致性。
  本论文建立了一种对真空系统中污染物扩散分布的有效分析方法,令真空舱中抽象的污染物分布情况可视化,更直观地体现空间不同位置的污染物浓度,对洁净真空下污染物分布研究具有指导意义,为污染物控制的实际应用提供了研究方向。
[硕士论文] 郭帅伟
安全科学与工程 南华大学 2015(学位年度)
摘要:随着近年来国内工业的快速发展,工业生产中直接或者间接排放到空气中的粉尘日益增多,已然引起人们对粉尘危害和环境污染的极大关注。而作为高敏感行业的核工业目前正面临重大核设施退役,于施工现场挖掘机作业过程中极易产生放射性扬尘,这些高危粉尘一旦随大气风流扩散运移至远方,势必将对当地环境和居民造成难以估量的危害,故在核设施退役施工作业现场设计实施切实有效的抑尘除尘措施就变得非常重要。而在制定抑尘除尘措施之前需要首先对挖掘机作业现场放射性粉尘的扩散运移规律进行深入研究,以期为措施的制定提供重要参考。
  本文在前人研究的基础上,结合核设施退役挖掘机作业现场实际情况,构建了作业空间域三维物理模型,依据流体动力学和气固两相流理论,建立了气流流动、粉尘受力及扩散迁移、气-固两相耦合作用的数学模型,并基于CFD fluent流体动力学仿真平台,运用单因素分析法,分别针对不同来流基准风速、地面粗糙长度和粉尘颗粒密度工况下放射性粉尘流扩散运移及粉尘质量浓度分布进行了仿真模拟,通过对比分析模拟结果,得出:不同来流基准风速工况下,粉尘流会呈现出不同的扩散运移形态和质量浓度分布,且随来流基准风速的增大,粉尘的扩散范围整体呈上升的趋势;不同的地面粗糙长度对粉尘流扩散运移也有一定影响,且当地面粗糙长度取0.1m时粉尘流扩散程度最大,取0.5m时扩散程度最小,粉尘流的扩散程度随粗糙长度呈非线性变化,且在0.1m时取得最大值;此外,粉尘流的扩散运移也会受到粉尘颗粒密度的影响,当粉尘颗粒密度从300 kg/m3增大到5000kg/m3时,粉尘流底部两条质量浓度最大值区域整体上会呈现出逐渐靠拢的趋势并最终合并,当粉尘颗粒密度为2600 kg/m3时粉尘流具有最低扩散高度。由以上研究成果可知,若要达到良好的抑尘除尘效果,可从减弱来流基准风速和增大地面粗糙长度两方面来着手。
  本文除了研究放射性尘粒扩散运移规律之外,也对核设施退役作业现场抑尘除尘措施——防护林进行了探讨。在防护林带动力效应的理论分析与数学模型基础之上,本文深入研究了防护林在减小风力、削弱风强方面的显著作用,并且对防护林的抑尘效果进行了仿真研究,对于核设施退役作业现场的粉尘治理有重要意义。
[硕士论文] 朱强
供热、供燃气、通风及空调工程 东华大学 2015(学位年度)
摘要:城市街区空气环境不仅直接影响到街区内居住者及行人的健康,还对整个城市的大气环境有重要影响。随着我国城市机动车保有量的迅速增加,城市街谷内车辆排放的污染物成了影响城市环境的主要原因之一。由于建筑布局对街谷内污染物的扩散产生直接的作用,因此,研究街谷外建筑物对街谷内流场和污染物分布特征对于预测城市空气环境的变化和城市规划都具有重要意义。
  本文在已有研究的基础上,利用计算流体力学对不同建筑布局的街道峡谷进行了数值模拟研究。在相同背景风速下,分别对不同的上游建筑布局条件下行列式街谷和错列式街谷内的流场和污染物浓度场进行了数值模拟,讨论分析了街谷内不同位置、不同方向、不同高度的气流速度场以及污染物运动和扩散的规律。在这一基础上,对不同的背景风速下行列式街谷和错列式街谷内部的流场和污染物浓度场进行了数值模拟,讨论了街谷内的气流速度场以及污染物分布特征。
  模拟结果表明,街谷外阻挡建筑的存在改变了街谷内的二次流,从而对流场和浓度场均有明显影响。在行列式街谷中,无论上游建筑以何种布局存在,都会减小街谷内污染物浓度。若不考虑上游建筑的存在,将会过高估计行列式街谷内污染程度;在错列式街谷中,与街谷建筑并列的上游阻挡建筑会减小街谷内污染物浓度,而与街谷建筑错列布置的阻挡建筑会增大街谷内污染物浓度;数值模拟结果还表明,街谷内污染物的扩散和清除效果受气流速度和涡流特性的共同作用;此外当背景风速增加时,行列式街谷内的气流速度场和污染物浓度分布形态基本不变,变化的只是相应的速度和污染物浓度的大小,而错列式街谷内部的气流速度场分布形态不变,大小改变,浓度场的形态和大小都发生改变。
[硕士论文] 谢清芳
供热、供燃气、通风及空调工程 南华大学 2014(学位年度)
摘要:在铀矿冶过程中产生了大量的废石和尾矿,堆放在尾矿库中,这些废石和尾矿含有数十种以上的放射性核素,具有数量大、半衰期长和分布面广等特点,铀尾矿库运行期间氡析出率远大于退役治理后的国家标准限值,释放的放射性核素氡及其子体主要通过空气向铀尾矿库周边区域扩散,对环境和公众构成长期潜在的辐射危害。研究运行期间铀尾矿库氡大气扩散规律和输运机理,控制和减轻铀尾矿库氡对周边生态环境和居民健康的影响是核辐射防护领域重要的研究课题。
  铀尾矿库滩面析出的氡在大气中扩散与当地的地形地貌、尾矿库的形状和风场特性等因素相关,库区植被的覆盖情况是主要因素之一。论文基于CFD技术和多孔介质模型,研究了铀尾矿库运行期间和退役治理后植被对铀尾矿库氡大气扩散和输运特性,以及大气中氡浓度分布的影响,分析了氡所致的环境效应,为铀尾矿库防护范围的设定提供科学依据。
  主要研究内容如下:
  (1)概述了放射性核素氡大气迁移扩散的基本理论和研究方法,讨论了氡大气扩散和输运的主要影响因素,以及植被对风场动力学以及环境微气候的影响特性。
  (2)基于CFD技术和多孔介质模型,构建了铀尾矿库氡的大气扩散数值方法和植被模型,数值模拟了小型植被带对局部微气候的影响。
  (3)针对平地型铀尾矿库,从植被对风场的动力学影响出发,运用数值模拟方法,对比分析了铀尾矿库运行期间滩面有无植被覆盖对氡大气扩散的影响,研究了不同风速、方向和覆盖面积等因素对氡大气浓度分布的影响。
  (4)综合考虑植被蒸腾作用以及对风场的动力学影响,研究了铀尾矿库下风向氡浓度、温度以及湿度的分布规律,通过与铀尾矿库退役治理后氡大气浓度分布比较,评价了低风速下铀尾矿库周边区域氡所致的环境效应,以及铀尾矿库的防护距离。
[硕士论文] 张馨尹
动力工程 东南大学 2014(学位年度)
摘要:碳捕集与封存即CCS技术,近年来被认为是减少大气中碳排放量最有效的方式。CCS技术包括CO2的捕集、输运和封存三个环节,其中输运环节以管道输运方式最为经济。C02管道输运中泄漏扩散的风险评估对CCS技术的发展至关重要。
  本文根据CCS中CO2管道输运泄漏实例,深入分析了C02管道输运泄漏扩散物理过程,建立了CO2泄漏源计算模型。借助FLUENT软件建立了与实验平台相对应的C02管道泄漏二维仿真计算模型,采用连续泄漏源,模拟计算了C02气液两相流从管道泄漏后的喷射扩散行为和空气中水蒸气相变的“白雾”现象。主要结论:(1) C02在管道泄漏初期,发生明显的重力沉降效应,随着时间的增长,C02气云与空气混合换热温度回升,在远离泄漏口处湍流扩散效应增强,气云进入被动扩散状态;(2) C02液滴从泄漏口喷射后,与空气换热迅速蒸发,仅存在于泄漏口附近很小的区域内;(3)水蒸气冷凝现象在计算流域内的分布范围很广,主要集中在C02气云扩散区,管道泄漏口处由于水蒸气无法卷入,液态水集中在距离泄漏口一小段距离的区域内;(4)考虑水蒸气相变计算后,C02气云扩散的重力沉降效应相对减弱,但水蒸气相变对CO2管道泄漏扩散过程总体的影响有限。
  为证实数值模型的有效性,搭建了C02管道泄漏小尺度实验平台,用红外热像仪记录了泄漏口附近温度场的变化,与模拟结果对比具有较好的吻合。最后,以C02管道输运工程应用为基础,模拟计算了不同环境条件下,C02管道泄漏后在大空间内的非稳态扩散行为,并结合高斯扩散模型进行了对比,为工程实践应用中的风险评估和预测减灾提供相应的科学指导。
[博士论文] 陈清清
环境科学 中国科学技术大学 2014(学位年度)
摘要:北极高纬度地区是全球变化最为敏感的地区之一,也是全球增温剧烈的地区,大面积冻土融化使苔原土壤微区环境发生了很大变化,有利于土壤微生物的活动和温室气体的产生。另外,北极高纬度地区的濒海苔原,是全球重要的海鸟栖息地,海鸟通过捕食活将海洋中的碳氮磷等养分元素转移到陆地苔原,海鸟活动与鸟粪的沉降强烈影响着当地苔原土壤的理化性质,对高纬度北极苔原温室气体的源汇过程产生了重要影响,但是目前关于北极高纬度苔原温室气体通量的研究很少有文献报道,尤其是海鸟活动对北极苔原温室气体通量的影响研究还未开展。因此,在全球变化的背景下,研究海鸟活动与环境因子对高纬度北极苔原温室气体产生与排放过程的影响尤为重要。本文采用密闭箱法对北极高纬度地区的新奥尔松(Ny-(A)lesund)苔原温室气体(CO2、CH4和N2O)通量的时空变化规律进行了观测研究,探讨了海鸟活动和环境因子对这些气体通量的影响;通过模拟实验,详细研究了冻融循环过程对北极苔原土壤温室气体产生速率的影响;此外,还分析了海洋大气中CO2浓度及其稳定同位素值的空间分布规律及其影响因素等。主要研究内容和结果分述如下:
  (1)北极新奥尔松地区近地面温室气体浓度的时空变化规律在2008和2009年夏季,对北极新奥尔松地区(Ny-(A)lesund)不同生态区包括鸟类保护区、普通苔原、废弃的矿区和人类活动考察站等区域的近地面CO2、CH4和N2O浓度进行了监测。结果表明:2008年夏季鸟类保护区苔原CO2和N2O平均浓度比2009年高约30 ppm和25 ppb;而CH4浓度比2009年低约700 ppb。普通苔原CO2平均浓度2009年比2008年高约30 ppm,CH4平均浓度低约700ppb,N2O浓度低约11 ppb。温室气体浓度的年际差异可能是由气象条件和地表覆盖状况的差异所引起的。综合不同苔原区域:新奥尔松地区CO2和CH4浓度高于背景大气浓度,而N2O低于背景大气浓度。从海鸟活动高密度区到海鸟活动边缘区CO2浓度增大;且鸟类保护区苔原CO2浓度低于普通苔原,N2O浓度高于普通苔原。温室气体浓度的空间变化主要是由于海鸟活动和鸟粪增加了土壤营养元素,影响苔藓植被的发育情况并改变上垫面状况。矿区苔原和站区苔原温室气体浓度的变化主要受人类活动的影响。
  (2)北极新奥尔松地区苔原温室气体通量的时空变异规律及其影响因素采用密闭箱法对北极新奥尔松地区(Ny-(A)lesund)不同苔原区域包括鸟类活动区苔原、普通苔原、人类活动区(矿区苔原和站区苔原)的CO2、 N2O和CH4通量进行了观测,发现鸟类活动区苔原CO2、CH4和N2O通量受控于海鸟活动强度的变化。强海鸟活动区CH4和N2O排放高于中等海鸟活动区和弱海鸟活动区。强海鸟活动区CO2净通量(NEE)和光合速率也显著高于中等海鸟活动区和弱海鸟活动区,表明鸟类活动显著增加了苔原生态系统净通量(NEE)和光合速率;而平均呼吸速率差异不明显。普通海滩苔原和矿区苔原整体上表现为CO2排放源。海鸟活动区苔原N2O和CH4平均通量分别为18.3±3.6μgN2Om2h-1和53.5±20.3μgCH4m2h-1;而普通海滩苔原是弱的N2O源(8.3±13.2μgN2Om2h-1)和强的CH4汇(-82.8±22.3μgCH4m-2h-1)。矿区苔原和站区苔原是CH4和N2O的排放源,特别是N2O通量比普通海滩苔原和鸟类活动区苔原高一个数量级。统计分析表明:CO2净通量(NEE)和呼吸速率与土壤温度呈正相关。北极高纬度苔原土壤总碳(TC)和土壤水分含量是影响苔原CH4通量的重要因素。强海鸟活动区土壤总氮(TN)、氨氮(NH4+-N)、硝氮(NO3--N)、总磷(TP)和总硫(TS)平均含量比非海鸟活动区高约一到两个数量级,说明海鸟活动和海鸟粪便的沉降强烈地影响了此苔原区域土壤的化学性质。鸟类保护区苔原N2O通量与TN、NH4+-N和NO3--N含量显著正相关,表明海鸟的N输入和大气N沉降是控制苔原N2O通量空间变化的主要因素。N2O通量与NH4+-N显著正相关(r=0.66,p<0.001),说明NH4+-N含量是高纬度北极苔原土壤N2O排放率强有力的指示剂。
  (3)冻融循环对北极苔原土壤温室气体产生速率的影响选取南北极普通苔原、北极鸟类活动区、南极企鹅与海豹活动区等苔原的土壤样品以及鸟粪和苔藓样品,开展冻融循环模拟实验,探究冻结温度、冻融频率和水分含量对温室气体产生速率的影响,发现冻结的苔原土壤温室气体产生速率较低,融化阶段产生速率急剧升高。冻融循环过程中,苔原土壤-20℃冻结温室气体的产生速率和累积排放量比-10℃冻结时高,尤其是CH4累积排放量几乎均为-10℃冻结时的2倍;五周期冻融循环中温室气体的累积排放量明显高于三周期,但随着冻融循环次数的增加产生速率和每周期累计排放量几乎均呈减少的趋势。冻融循环实验中,企鹅粪土CH4和CO2累积排放量均比其它土壤样品高约2~3个数量级;海豹活动区和北极鸟类保护区苔原土壤N2O累积排放量均比其它土壤样品高约1个数量级。不同水分含量前处理(0、2、5、10和20ml)的冻融循环实验中:土壤含水率的变化对CH4产生速率的影响很小;CO2累积排放量随着土壤含水率的增加而减小;N2O累积排放量随水量的增加而增加,普通苔原土壤的最大累积排放量是在5ml添水处理后,鸟类保护区土壤最大累积排放量是在10ml添水处理后。
  (4)上海—南极海洋边界层大气CO2稳定同位素空间变化特征在中国第24次南极科学考察期间,采用Tedlar气袋采集了“雪龙号”考察船航线上海洋边界层大气样品以及东南极米洛半岛近地面大气样品。在室内采用Thermo Finnigan MAT-253同位素质谱仪对气体样品中CO2稳定同位素组成进行了测量,并分析了其δ13C与δ18O的空间变化规律,结果表明:上海—南极海洋边界层大气CO2的δ13C(-9.08‰~-7.09‰)与δ18O(-2.24‰~2.65‰)平均值分别为-8.37‰±0.5‰和0.03‰±1.4‰。在33.2°N~69.2°S随纬度的变化,δ13C与δ18O略呈增加趋势,增加率分别为0.002‰和0.005‰/纬度。大气中CO2浓度与δ13C呈显著负相关,与δ18O呈正相关;而δ13C与δ18O呈显著负相关。米洛半岛大气CO2的δ13C和δ18O平均分别为-8.08‰±0.8‰和-0.49‰±0.7‰,接近于海洋边界层大气CO2同位素值。分析讨论了影响海洋边界层大气CO2的δ13C与δ18O空间变化的因素,提出海洋边界层大气CO2稳定同位素组成是海洋CO2源汇强度变化灵敏的指示剂。本文提供了全球大区域海洋边界层大气CO2的同位素资料,有助于定量评估全球与区域海洋大气CO2的净收支。
  
[硕士论文] 王琴
环境工程 长安大学 2013(学位年度)
摘要:榆林市的经济发展主要依赖于能源的开发和利用。长期以来,以煤炭为主的能源消费结构,给环境带来较大压力,由此产生的大气污染问题也将与日俱增。全面分析榆林市大气扩散能力,测算大气环境容量,对政府部门及管理机构科学制定各项环保政策、合理规划工业布局具有重要的实际意义。
  本研究采用中尺度气象模型(MM5)和空气质量预测模型(CALPUFF),在客观了解榆林市大气环境质量现状的基础上,对2012年榆林市大气污染物SO2、NO2和PM10浓度进行模拟;深入分析地形特征、气象条件和污染物排放源等因素对其大气扩散能力的影响;并使用A值法和多源模型法测算大气环境容量,得到如下结论:
  (1)结合A值法和多源模型法,最终得到榆林市大气环境容量为:SO213.35万吨/年,NO215.93万吨/年,PM1010.88万吨/年。
  (2)根据榆林市的地形特征和气象条件,在现有污染物排放源条件下,神木、府谷地区布局的重点工业源已逼近其大气环境承载能力限值,局部地区甚至出现需针对实际情况进行适度削减的情况;
  (3)从榆林全市范围看,在海拔较低的沿河谷一带,地形特征和气象条件均不利于大气污染物扩散,易造成污染物积聚,大气环境容量相对较小,且该区域人口密集程度较大,现已布局了足够的生产力。因此,在今后的产业布局规划中,应尽量避免在这些区域布局排放量较大的企业;而在海拔较高的定边和靖边一带,大气扩散条件好,且现有的排放源较少,是今后产业布局重点考虑的区域。
[硕士论文] 范明辉
行政管理 大连理工大学 2013(学位年度)
摘要:政策学习已经成为政策变迁研究的重要内容之一,其也是对以往基于权力的公共政策变迁视角的突破。我国的环境空气质量标准,历经三十年,在2012年2月29日环保部终于发布新修订的《环境空气质量标准》。这一过程清晰的体现了政策学习受阻滞——障碍的突破——政策范式转换和政策变迁发生的轨迹。本文基于现有文献对政策学习的相关概念和理论进行了全面的梳理,并结合政策范式、政策网络等概念进行理论分析提出了本文的理论分析框架,并以新环境空气质量标准为案例,对其从1982年到2012年的政策学习过程进行了总结,同时对发生于2011年末在很大程度上推动了新标准出台的PM2.5事件的起因、经过和结果进行了回顾。本文得出了以下结论:
  政策学习的障碍在于旧的政策范式及其相关政策网络所沉淀的集体知识对新观念的阻碍,而突破这种障碍的动力则来自于持有不同理念的新行动者的加入、打开政策窗口的危机或者焦点事件、以及政策学习的背景转换等因素。在环境空气质量标准的相关政策学习过程中以笼统的环境保护为核心理念的旧范式正在被以保障人体健康和环境质量为核心理念的新范式所取代。在政策网络中行动者的扩增、空气质量标准所置于的中国整体发展政策范式的变迁、高层推陈出新的政策话语、危机事件以及微博客等互联网工具的共同作用下政策学习的障碍得以突破。
[硕士论文] 黄晓冬
核能与核技术工程 上海交通大学 2013(学位年度)
摘要:随着国家核电不断的建设和发展,高效安全的发展核电已经成为国家重要的规划目标。跟沿海核电相比较,内陆核电厂址所在区域的地形条件一般比较复杂,而且内陆核电还建有超大型自然通风冷却塔,从而会产生涡流、升降气流和绕流等阻隔效应,使的内陆核电厂所在区域的风场变的极为复杂,通常高斯模型无法适用,烟团模型又依赖于准确的气象条件。
  本文研究了国内外相关法规导则以及大气扩散模式研究现状,包括利用CFD模拟技术来研究气态污染物扩散的国内外研究进展;同时,基于CFD模型,分别采用德国汉堡大学EWTL实验室提供的CEDVAL数据集和江西彭泽核电厂址风洞实验结果对CFD模型(STAR-CCM+)的流场及浓度场进行了模拟验证,通过验证,说明CFD模型在模拟规则构筑物对于污染物扩散影响的结果是合理、准确的。最后本文采用CFD模型较好的模拟出了彭泽核电厂近区风场和浓度场的分布情况,说明CFD模型相对于其他模型能更好的适用于内陆核电厂近区大气扩散模拟。通过本文的研究分析,CFD数值计算模型借助于其强大的气态流动数值求解器,可以有效弥补高斯和烟团模型的不足,更好的模拟核电厂近区附近复杂构筑物条件下的风场环境,进而较为准确的给出气载放射性流出物的扩散规律,可以为核电厂环境影响评价工作提供有力的技术支持。
[硕士论文] 朱方圆
供热供燃气通风及空调工程 重庆交通大学 2013(学位年度)
摘要:城市住宅区是人们的主要生活空间和活动场所,其空气质量与人们的生活息息相关,因此住宅区室外环境直接影响居民的身体健康。住宅区室外环境问题已成为近年来环境和暖通学科的共同研究热点。同时,空气污染物的不断增多导致住宅区内环境恶化,因此研究住宅区内污染物的扩散规律对于改善空气质量有着极为重要的意义。
   住宅区内室外环境气流和空气品质受诸多因素的的影响,其中包括动力因素和热力因素。本文针对动力因素主要考察了不同建筑布局和风向对室外环境气流和污染物分布规律的影响作用。而对于热力因素的影响作用,本文以交通污染物为例,在不同热力条件下分别对住宅区的流场和污染物浓度场进行了三维数值模拟,讨论分析了热力作用对住宅区内污染物运动和扩散的影响。
   结果表明,当来流风速相同时,风向的变化对气流流场的影响很大;同一布局的不同风向,可能造成小区内风环境和污染物扩散规律的极大不同。这与迎风建筑单体的形态和整个小区的布局有关。由于建筑物对风的阻挡作用,建筑群周围产生局部湍流对污染物的扩散有着重要的控制作用;在建筑群周围产生湍流和风速较低的地方,污染物不易扩散出去会导致浓度累积现象。距离污染源越远,污染物浓度越低是住宅区内污染物浓度的变化特征。
   对于热力因素影响的模拟结果显示,不同热力条件对小区风环境和污染物的扩散均有影响,热浮升力的存在使建筑群周围的局部湍流加强,漩涡的作用范围增大。有利于漩涡上部污染物的扩散,但不利于位于底部漩涡区内污染物的扩散。
   通过CFD方法和Tecplot软件对模拟结果的后处理,以直观形象的可视化结果展现了风向、建筑布局和热力因素对小区内风速场和污染物扩散的影响,模拟结果对于住宅区布局设计及改善住宅区内空气品质具有一定的参考价值。
[硕士论文] 周乾
环境工程 重庆工商大学 2013(学位年度)
摘要:环境监测工作的全部努力都在于实现监测数据的代表性、可比性、准确性、精密性和完整性,而最基本的是代表性,缺乏代表性其他都将变得没有意义。目前,环境空气监测点位布设中采用的方法很多,如功能区网格优选法、数理统计法、非线性方法、物元分析法、模拟法和综合法等方法进行大气监测点的优化、布设。现有资料表明,绝大多数的环境空气质量监测点位布设方法和标准主要从全国大多数平原城市的特点出发而制定的,对城市的功能区分布、人口密度和点位布设条件进行了较详细的规定。
   重庆市位于中国西部、长江上游和三峡库区腹心地带,在地貌构成上,最典型的特征是山多河多。地势沿河流、山脉起伏,形成从南北向长江河谷倾斜的地貌,构成以山地、丘陵为主的地形状态。本文本着“以人为本”的思想,采用被动扩散采样方式进行采样,选择聚类分析法对网格监测数据进行空气监测点位布设,利用CALPUFF模型模拟结果对分析结果进行验证,对优化的空气质量监测点位进行最终的确认。主要得出以下结果:
   (一)采用聚类分析法对重庆主城区被动扩散实验进行分析,把重庆市主城区59个被动扩散实验点位聚类成12类,用优选点位为城市代表点位计算的SO2、NO2的平均浓度与每一类中所有点位的平均浓度计算得到的城市平均浓度相比,相对偏差分别为2.4%和0.3%,符合《环境空气质量监测规范(试行)》相关要求(<10%),说明用优化点位能够代表所在城市整体浓度水平。SO2优化点位浓度与所在类平均浓度的相关系数(R2)为0.987,NO2的为0.9361,结果表明优选点位浓度与所在组别的平均浓度偏差在可接受的范围内,优化点位具有代表性。
   (二)CALPUFF模型对重庆市主城区的空气质量的模型,通过输入重庆市主城区的地理资料、气象资料和污染源的资料,以每个网络中心点和被动扩散实验点位作为CALPUFF模型的受体点位,得出CALPUFF模型的模拟空气质量数据对被动扩散实验优化点位进行验证,结果表明,SO2的模拟值与监测值的相关性最好,相关系数达到0.773,NO2的模拟值与监测值的相关系数为0.667。因此用CALPUFF模型对被动扩散实验优化点位进行验证是可行的。
   (三)根据重庆市主城区所处位置,在模拟区域中进一步筛选出主城区模拟网络,共包括259个2km×2km的模拟单元格,按照地域空间组团分布的不同细分为三个区域(Ⅰ区、Ⅱ区和Ⅲ区)。模型模拟得到的各模拟网格内NO2和SO2的平均浓度对优化点位进行验证,优化监测点位的SO2和NO2能够对区域整体的平均值有较好的代表性,满足设点综合规范。但由于区域内SO2空间差异性较大,平均相对偏差为-3.1%,相比SO2的空间差异性,NO2的空间变异性较小,平均相对偏差仅为0.8%,远低于SO2的偏差水平,故评价点对NO2的最大值有更好的代表性。同样地,将主城区按照地域连续性分为三个片区,对每个片区的点位代表性分别进行统计分析,三个区监测点位代表性的优劣程度为Ⅰ区>Ⅱ区>Ⅲ区,这主要是由于Ⅰ区内监测点位数量更多,使得代表性更佳,而Ⅲ区内监测点位数量最少,故其代表性稍差,但总体看来,每个片区内的监测点位均能够较好的反映该区平均值。
[硕士论文] 张恒
流体机械及工程 山东大学 2013(学位年度)
摘要:随着我国机动车保有量的快速增加,机动车排放的尾气已成为城市污染的主要来源之一。而城市中鳞次栉比的高大建筑物间形成的峡谷型街道,又使街道内的交通废气大量积聚、难以扩散,对行人健康和周围环境造成了极大的危害。本文针对当前机动车尾气为主导的城市空气污染新特征,结合环境科学、交通工程和流体力学等学科知识,以实地调查为基础,结合理论分析、微观交通仿真技术和数值模拟方法,开展了城市局部空气污染热点的研究,有利于科学指导未来城市道路和周边建筑的规划和建设,为最终改善城市环境,提高居民生活品质提供数据基础与技术保障。具体工作及结论如下:
   (1)对济南市趵突泉东门一侧路段及周边道路情况和交通现状开展了实地调查,通过分析调查数据,我们发现研究路段内的机动车流具有延误时间长、平均速度低、污染物排放量大和油耗较高的特点。
   (2)结合实地调查的数据,利用TSIS软件,分析了研究路段内现有信号灯配时下机动车污染物的排放情况。并以污染物排放量,总体油耗和交通延误为优化指标,提出了研究路段内T型交叉口信号灯配时的优化方案。通过分析研究,改进的优化方案可使机动车的平均速度提高24%,总体油耗减少17%,CO排放量减少7%,基本上实现了缓解交通拥堵,节能减排的目的。
   (3)利用标准k-ε湍流模型和组分输运方程相结合的数值模拟方法研究了交叉口内污染物浓度的分布情况,并与风洞实验数据进行对比,验证了数值模拟方法的正确性。再以趵突泉路与泉城路交叉口为研究对象,结合济南市实际气象条件、实际道路条件、周边建筑物形式及机动车污染物排放量等因素,模拟了交叉口内污染物浓度的分布情况。通过研究我们发现,风向对交叉口内污染物的扩散分布有显著影响,污染物浓度的分布与相应风向下空气的流动特征相适应;风速也在一定程度上影响着污染物的扩散,随着高度增加,风速增大,污染物的浓度和扩散区域逐渐变小,直至消失。在选取的三种风向下,趵突泉公园北门附近都有大量污染物积聚,因此我们建议行人、交警及游客应尽量避免在高污染区停留过久。
   (4)同时我们分析了交通信号控制对机动车排放的影响,发现一个信号周期内连续两个相位时间内交叉口的污染物浓度分布有较大差异,这主要是由于机动车道上污染物的排放强度、排放位置和周围建筑物的高度不同决定的。
[博士论文] 姚西龙
技术经济及管理 哈尔滨工业大学 2012(学位年度)
摘要:工业是我国经济发展的支柱,也是我国国民经济中的主要耗能部门,其消耗的一次能源所产生的二氧化碳排放量占整个经济发展消耗的一次能源所产生的二氧化碳排放总量的90%左右,工业碳强度减排是我国减排目标实现的关键环节,而影响工业碳强度变动的关键性因素是技术创新,因此基于技术创新角度的工业碳强度减排路径研究不但有助于丰富技术创新与碳强度等能源经济的相关理论,而且能够为工业碳强度减排提供科学依据,以便顺利实现我国提出的减排目标,所以本课题研究具有一定的理论意义和现实意义。
  本文回顾了技术创新与二氧化碳减排的相关研究,主要针对技术创新对碳强度的影响效应测算及减排路径展开了研究。主要的研究内容如下:
  在本文理论分析框架的构建方面,通过界定技术创新及碳强度的内涵,明确了本文研究的范围,利用经济学的相关理论,从技术创新的规模报酬效应及替代效应两个方面阐述了技术创新对碳强度变动的影响,技术创新的两种作用效应途径都是通过能源强度的变动而对碳强度产生影响的;技术创新水平的变化对碳强度的减排有着积极的作用,主要是通过提高产出效率实现碳强度的下降。在以上分析的基础上,本文构建了包含三个层面的理论分析框架,这三个层面分别是技术创新对碳强度的影响方式和程度、技术创新对碳强度减排成本的影响、基于不同技术创新情景下的减排成本比较与路径选择。
  在理论分析的基础上,本文分析了我国工业二氧化碳排放总量及碳强度的倒U型曲线,利用拟合的方程验证了倒U型曲线的真实性,分析了技术创新、能源结构与行业结构等直接影响该曲线变化的主要因素,在此基础上,通过借鉴Kaya恒等式和“转换份额分析”方法构建了测算技术创新对碳强度影响的模型,利用该模型测算了工业总体、采掘业、制造业、电力行业碳强度变动中的技术创新效应,得出了技术创新对碳强度的影响程度,并对工业总体及各行业的技术创新效应差异进行剖析。
  在研究基于技术创新的工业碳强度减排路径选择时,本文先对技术创新驱动型的碳强度减排成本测度模型、减排情景及减排路径进行了研究。在碳强度减排成本测算模型的构建方面,将碳强度减排模型分为三大模块,分别构建了技术创新效应模块、碳强度变动率模块及碳强度减排率及成本模块;运用情景分析理论,从工业产出量、行业结构、能源结构、技术创新四个方面拟定了九种发展情景,并对这些发展情景的碳强度趋势做了分析;按二氧化碳年度减排量拟定了等量减排、非等量递减减排和非等量递增减排三大类减排路径,而非等量地增减排路径包含非等量递增—碳强度等比减排路径及非等量递增-碳强度等量下降路径。
  最后,根据本文所建立的技术创新驱动型的碳强度减排成本测算模型,对低技术创新情景、中等技术情景及高技术创新情景下的不同减排路径成本进行了测算,在此基础上选择了我国工业碳强度减排的最优路径,并提出了实现工业碳强度减排的对策。
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