包钢工业园区气体污染物扩散的数值模拟

摘要

大气污染物问题的日益加剧引发了全球从政府到公民的热切关注，采取科学的预警防范治理措施，是人类构建和谐社会，达成国家可持续发展的必经之路。因而研究污染物在大气中的传输迁移规律就显得很有意义和必要，这对制定应急预案，了解工业城市气体污染物传输扩散过程提供科学依据。
　　本文首先对简单点源及建筑物进行数值模拟，验证了所选取模型参数的合理正确性，为后面进行复杂面源及建筑群的模拟提供了基础。得到了风场变化规律，进一步研究了影响污染物扩散的因素。建筑物的存在影响了风场的分布，风场的改变又影响了污染物的扩散和稀释，边界速度越大越能够加速污染物的扩散。
　　其次以包钢工业园区SO2污染气体面源排放为研究对象，采用CFD数值模拟软件对包头市昆区典型建筑群周边大气环境进行模拟研究，得到不同排放源浓度在不同风速下污染物扩散传输规律：
　　风速是影响大气污染物浓度分布的最主要因素。无风条件下以污染源为中心对称扩散，15 m高空污染物浓度超标范围2 km；风速较低时，不利于污染物的稀释，0.5 m/s风速下15 m高空污染物浓度超标范围向下风向延伸到12 km；风速越大，大气的稀释能力越强，1.5 m/s风速下15 m高空污染物浓度超标范围向下风向延伸到8 km；2.5 m/s风速下15 m高空污染物浓度超标范围向下风向延伸到2.5 km；3.5 m/s风速下15 m高空污染物浓度超标范围向下风向延伸到2km。超标区域的延伸高度随速度的增大而不断降低，超标区域的下风向最大延伸距离则随速度的增大先升高后降低。
　　不同源强下的污染物扩散规律：分布趋势具有一致性，相同区域内污染物浓度随着源强的增大而增大，横向扩散程度也越大。
　　最后模拟了在一次突发事故泄漏排放大量污染物SO2过程中，模拟得到在3.5 m/s的风速下，20 min时，污染物开始进入市区范围，40 min覆盖昆区，120 min昆区主要街区均已超标，污染物分布趋于平稳。停止排放18 min，浓度中心向市区转移，停放90 min，昆区基本脱出污染范围，污染物浓度低于超标标准，近地面部分区域仍有部分区域污染物堆叠，但无法形成浓度中心。120 min污染物完全消散。污染区内的最佳疏散时间为事故突发后20 min内，最长停留时间不能超过40 min。