温度层结下建筑物群周围流场影响的数值模拟研究

郭栋鹏，王 冉，赵 鹏，李云鹏，姚仁太，刘 瑶

(1.太原科技大学，太原 030024；2.中国辐射防护研究院，太原 030006；3.山西省环境保护技术评估中心,太原 030024)

对于核设施厂址(如核电站等)，其存在一些阵列式的建筑物群(如图1)，由于其复杂下垫面与大气稳定度的影响，使其周围流场变得非常复杂，流线弯曲、速度剧烈地不连续及湍流分布不均匀。其中，大气稳定度对气载放射性物质扩散的影响尤为重要。因此，为更加真实模拟气载放射性物质扩散情况以及对环境的影响，需要研究不同温度层结下复杂建筑物群对流动与污染物扩散的影响。

图1 某核设施厂址建筑物群Fig.1 Buildings at a nuclear facility site

对于这类特殊工程厂址对环境的影响起初使用风洞模拟手段进行[1-4]，随着计算流体力学(CFD)的发展，CFD模拟技术已逐渐用于预测各种建筑物周围流动特性以及建筑物周围大气污染物的扩散规律[5-8]，但这些研究均是建立在中性层结的基础上进行的。关于温度层结的数值模拟研究比较有限。Zhang等[9]使用k-ε模型在中性和稳定层结条件下研究了标准体近场污染物的流动与扩散规律，但其使用的是均一来流的入口条件，未考虑来流风切变的影响。Santos等[10]使用k-ε模型，以立方体为研究对象，研究了不同温度层结对污染物扩散的影响，并与风洞实验进行比较。Ashrafi等[11]与Orkomi等[12]应用CFD技术研究了不同温度层结烟羽的抬升与扩散规律。在我国，部分学者应用CFD数值模拟技术在中性层结下对建筑物近场污染物流动与扩散规律进行研究[13-17]，而关于不同温度层结下建筑物群近场的流动模拟研究尚不多。……