專利名稱:一種城市街谷道路機動車污染物排放與擴散研究的實驗裝置的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種城市街谷道路機動車污染物排放與擴散研究的實驗裝置，包括風墻部分、街谷建筑模型和污染物排放機動車模型部分以及配套測控部分。通過風墻部分提供風場，由上下風側(cè)兩個建筑模型組成街谷道路模型。機動車模型放置在街谷中間，由無線控制器控制其運動，車上通過一根軟管連接發(fā)動機和示蹤粒子添加機構。汽車模型在街谷中運動的過程中排放尾氣，并夾帶著示蹤粒子。數(shù)碼相機將拍攝由激光片光照亮的示蹤粒子運動圖像。放置于街谷中的尾氣濃度測點將測量尾氣的濃度。該實驗裝置大大改進了前人實驗模型，對街谷道路環(huán)境下機動車排放的污染物的擴散過程能更加真實地模擬，對制定有效的機動車尾氣污染的管控和消減方法具有非常重要的意義。
【專利說明】
一種城市街谷道路機動車污染物排放與擴散研究的實驗裝置
技術領域
[0001]本實用新型涉及交通污染物排放領域，尤其涉及一種街谷道路環(huán)境機動車排放污染物的流動和擴散過程監(jiān)測的實驗模擬裝置。
【背景技術】
[0002]近年來，隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，機動車保有量不斷攀升，由機動車尾氣引發(fā)的城市空氣污染問題現(xiàn)已越來越嚴重，加上城市街谷道路環(huán)境不利于污染物擴散，使得機動車尾氣污染問題更為突出，現(xiàn)已經(jīng)成為交通環(huán)境領域的一個研究熱點。受氣象條件和環(huán)境風場影響的街谷道路機動車尾氣污染現(xiàn)象相當復雜，實際的街谷道路環(huán)境布置有效的流場測量設備十分困難，所以對實際道路環(huán)境中的交通污染物的流動和擴散過程尚無法有效測量，只能在街道的一些點位布置探頭，測量該點污染物隨時間的變化過程，無法把握交通污染物在街谷道路中的總體運動過程。近年來，隨著數(shù)值模擬理論和計算機技術的發(fā)展，Chang等通過CFD數(shù)值模擬平臺建立了一些模型，對街谷機動車污染物擴散的流動和擴散開展研究，已取得了一定的成果，但缺乏實驗結果的支持。Meroney等學者采用風洞來開展街谷交通污染物擴散的實驗研究，但他們采用的是乙烷空氣混合物作為模擬污染源，與實際污染源有較大的區(qū)別，也沒有考慮陽光加熱街道路面和墻面后形成的熱浮力作用，且布置方式比較固定，僅研究了風場與街谷道路垂直的情形，并未考慮風場的角度問題。另外，劉志輝等通過鹽水實驗模擬了街谷存在地面加熱時空氣流的流場特征，但并未研究污染物的擴散特性。因此，搭建更加貼近實際情況的小尺寸實驗模型，是研究街谷道路環(huán)境的污染物流動和擴散規(guī)律的很好選擇，對制定有效的機動車尾氣污染的消減方法具有非常重要的意義。
【實用新型內(nèi)容】
[0003]為了能夠開展更加貼近實際環(huán)境的街谷道路交通污染物流動與擴散過程的相關實驗和研究，本實用新型的目的在于提供一種城市街谷道路機動車污染物排放與擴散研究的實驗裝置。
[0004]本實用新型實現(xiàn)上述目的的技術解決方案如下:一種城市街谷道路機動車污染物排放與擴散研究的實驗裝置，包括風墻部分、街谷建筑模型和污染物排放機動車模型部分以及配套測控部分;其中:
[0005]所述風墻部分，用于提供風場環(huán)境，包括風墻以及實驗段，風速范圍O-lOm/s，用于提供模擬環(huán)境風作用下的街谷道路所需的風場;實驗段由透明有機玻璃板構成，方便觀察實驗現(xiàn)象；
[0006]所述街谷建筑模型和污染物排放機動車模型部分，用于模擬車輛在不同光照加熱環(huán)境下的街谷道路上行駛并排放污染物，包括街谷下風側(cè)建筑模型和上風側(cè)建筑模型、機動車模型、發(fā)動機、示蹤粒子添加裝置和光照輻射加熱板;所述街谷下風側(cè)建筑模型為透明有機玻璃組成，便于攝像機拍攝示蹤粒子運動圖像;所述機動車模型，可通過無線控制器控制車輛的行進過程，同時通過尾部的排氣管排放尾氣；所述發(fā)動機，為汽車污染物的提供源，并通過示蹤粒子添加機構往汽車尾氣中添加示蹤粒子，機動車模型和發(fā)動機以及示蹤粒子添加機構通過軟管連接;所述光照輻射加熱板，模擬不同太陽光照強度對街道的加熱作用，可以調(diào)節(jié)不同的角度，并且和紅外測溫儀配合使用，通過光照輻射把街道加熱到特定的溫度；
[0007]所述配套測控部分，包括實驗段側(cè)面數(shù)碼攝像機和實驗段端部數(shù)碼攝像機、實驗段側(cè)面激光片光和實驗段端部激光片光、尾氣濃度測點、數(shù)據(jù)采集器和數(shù)據(jù)記錄計算機;所述實驗段側(cè)面數(shù)碼攝像機，拍攝汽車尾氣中由實驗段頂部激光片光照亮的示蹤粒子運動圖像，而實驗段端部數(shù)碼攝像機則拍攝實驗段側(cè)面激光片光照亮的示蹤粒子運動圖像，兩組分開使用，避免相互干擾;所述尾氣濃度測點，由一組豎向氣體濃度探頭組成，可以根據(jù)需要移動位置，測量不同區(qū)域處排放汽車尾氣濃度，測量的結果通過數(shù)據(jù)采集器轉(zhuǎn)碼傳輸?shù)接嬎銠C。
[0008]其中，采用發(fā)動機提供污染源，發(fā)動機燃料可以采用機動車比較普遍使用的天然氣、汽油和柴油，轉(zhuǎn)速則通過計算機控制;采用示蹤粒子添加裝置添加示蹤粒子進發(fā)動機尾氣，并通過數(shù)碼攝像機拍攝示蹤粒子的運動圖像;采用粒徑為0.5_2μπι氮化硼作為示蹤粒子，由發(fā)動機尾氣驅(qū)動，通過機動車模型的尾氣排放口噴出，夾帶到街谷中并隨著發(fā)動機尾氣運動。
[0009]其中，街谷下風側(cè)建筑模型和上風側(cè)建筑模型的尺寸和二者間距都可以根據(jù)實驗需要進行改變，實現(xiàn)對不同距離和不同尺寸的街谷道路環(huán)境的模擬。
[0010]其中，街谷下風側(cè)建筑模型和上風側(cè)建筑模型在實驗段擺放的形式可以調(diào)節(jié)，不僅可以垂直于風場排放，也可以按照其他的角度擺放，研究不同角度(0-90°)的風場對街谷道路交通污染物擴散的影響。
[0011]本實用新型的有益技術效果體現(xiàn)在以下方面:
[0012]1.在街谷道路交通污染物擴散模擬方面，實驗裝置按照量綱相似理論，搭建模擬街谷道路、機動車和環(huán)境風場的模型，能夠真實反映實際街谷道路交通污染物的流動和擴散過程。風墻部分實驗段和下風側(cè)街谷建筑模型采用透明有機玻璃板建成，可方便清晰的觀察和拍攝實驗過程和現(xiàn)象。街谷模型可以根據(jù)實驗需要調(diào)整其與風場的角度，研究不同角度的風場對街谷道路污染物擴散的影響。
[0013]2.在模擬污染源設置方面，直接采用發(fā)動機尾氣作為污染源，通過可移動式小車釋放，更加貼近實際情況。另外，在尾氣中添加了示蹤粒子，通過激光片光和數(shù)碼攝像系統(tǒng)，可以實現(xiàn)污染物擴散過程的追蹤。
[0014]3.在實驗測量系統(tǒng)方面，先進完備的流場顯示和濃度測量系統(tǒng)可以對污染物的流動參數(shù)進行全方位的觀測和研究，以便提出有效的管控和消減街谷道路機動車污染物的措施。
[0015]4.在實驗環(huán)境方面，本實驗系統(tǒng)還設計了一個可以調(diào)節(jié)角度的光照輻射板，模擬不同的光照環(huán)境對街道的加熱過程，同時輔以紅外測溫系統(tǒng)，實現(xiàn)對街谷道路模型加熱的控制。
【附圖說明】

[0016]圖1為本實用新型所述一種城市街谷道路機動車污染物排放與擴散研究的實驗裝置示意圖；
[0017]圖2為本實用新型所述機動車模型、示蹤粒子添加機構和發(fā)動機組成的尾氣排放系統(tǒng)不意圖；
[0018]圖3為實用新型所述街谷建筑模型按照其他的擺放方式示意圖；
[0019]圖中附圖標記含義為:I為風墻部分;2為風墻；3為風墻實驗段;4為實驗段頂部激光片光;5為光照輻射加熱板;6為紅外測溫儀;7為實驗段側(cè)面數(shù)碼攝像機;8為發(fā)動機;9為示蹤粒子添加裝置；10為軟管；11為街谷下風側(cè)建筑模型；12為機動車模型；13為尾氣濃度測點；14為數(shù)據(jù)采集器；15為實驗段側(cè)面激光片光；16為上風側(cè)建筑模型；17為數(shù)據(jù)記錄計算機;18為實驗段端部數(shù)碼攝像機。
【具體實施方式】
[0020]下面結合附圖，通過實施例對本實用新型作進一步地說明。
[0021]參見圖1，一種城市街谷道路機動車污染物排放與擴散研究的實驗裝置，包括風墻部分、街谷建筑模型和污染物排放機動車模型部分以及配套測控部分。
[0022]風墻部分I由風墻2以及實驗段3組成，風速范圍O-lOm/s，用于提供模擬環(huán)境風作用下的街谷道路所需的風場。實驗段3由透明有機玻璃板構成，方便觀察實驗現(xiàn)象。
[0023]街谷建筑模型和污染物排放機動車模型部分由街谷下風側(cè)建筑模型11和上風側(cè)建筑模型16、機動車模型12、發(fā)動機8和示蹤粒子添加裝置9組成。街谷下風側(cè)建筑模型11和上風側(cè)建筑模型16并行放置于實驗段3中，二者尺寸和之間的距離則根據(jù)實驗的需要進行調(diào)節(jié)，且街谷建筑模型11由透明機玻璃板組成，便于數(shù)碼攝像機18拍攝示蹤粒子運動圖像。機動車模型12放置在街谷道路模型中間，車上安裝了一根連接發(fā)動機8尾氣排放口和示蹤粒子添加機構9的軟管，通過無線控制器控制小車運動，實現(xiàn)機動車模型在街谷道路模型內(nèi)污染物的排放。實驗段3外部，街谷道路模型正上方安裝了一塊可以調(diào)節(jié)角度的光照輻射加熱板5，可以調(diào)節(jié)不同的角度不同強度的光照，并且和一端放置的紅外測溫儀6配合使用，通過光照輻射把街道加熱到特定的溫度，模擬不同太陽光照加熱環(huán)境下的街谷道路環(huán)境。
[0024]配套測控部分包括實驗段側(cè)面數(shù)碼攝像機7和實驗段端部數(shù)碼攝像機18、實驗段側(cè)面激光片光4和實驗段端部激光片光15、尾氣濃度測點13、數(shù)據(jù)采集器14和數(shù)據(jù)記錄計算機17。實驗段側(cè)面數(shù)碼攝像機7和實驗段端部數(shù)碼攝像機18分別放置在街谷道路的側(cè)面和一端，分別和實驗段頂部激光片光4和實驗段側(cè)面激光片光15發(fā)出的激光面垂直。激光片光放置在街谷道路頂部和風墻實驗段的一側(cè)，保證所發(fā)出的片光在街谷道路中間的兩個中間豎直截面上。實驗過程中，由激光片光照亮發(fā)動機尾氣中夾帶的示蹤粒子，通過數(shù)碼攝像機捕捉示蹤粒子的運動圖像，后期采用粒子自相關算法對圖像進行處理，獲得尾氣運動的流場。實驗段側(cè)面數(shù)碼攝像機7拍攝汽車尾氣中由激光片光4照亮的示蹤粒子運動圖像，而實驗段端部數(shù)碼攝像機18則拍攝激光片光15照亮的示蹤粒子運動圖像，兩組分開使用，避免相互干擾。尾氣濃度測點13由一組豎直方向等間距布置的尾氣監(jiān)測探頭組成，第一個探頭的位置高度不能干擾機動車模型12的運動，探頭數(shù)量不少于6個，用于測量街谷道路模型內(nèi)尾氣中典型污染氣體(如CO等)的濃度，其布設位置可以根據(jù)實驗需要調(diào)節(jié)。尾氣監(jiān)測探頭監(jiān)測到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)采集器14，并通過其進行轉(zhuǎn)碼后傳輸?shù)綌?shù)據(jù)記錄計算機17。
[0025]參見圖2，發(fā)動機8放置在風墻外部的一側(cè)，用于提供汽車尾氣源，其排氣管后連接了一個示蹤粒子添加機構9，用于給汽車尾氣中添加示蹤粒子。而后通過軟管10和機動車模型12連接，軟管長度需能保證小車的運動過程不受干擾。汽車尾氣的排放通過機動車模型上的排放口排放。發(fā)動機燃料可以采用機動車比較普遍使用的天然氣、汽油和柴油等，轉(zhuǎn)速則通過計算機程序控制。采用粒徑為0.5-2μπι氮化硼作為示蹤粒子，由發(fā)動機尾氣驅(qū)動，通過汽車模型12排放口噴出，夾帶到街谷中并隨著發(fā)動機尾氣運動。
[0026]參見圖3，街谷下風側(cè)建筑模型11和上風側(cè)建筑模型16在實驗段擺放的形式可以調(diào)節(jié)，不僅可以如圖1中所示橫著排放，也可以如圖3所示，按照其他的角度擺放，研究不同角度的風場對街谷道路交通污染物擴散的影響。
[0027]在本實用新型實施例中，提供了一種城市街谷道路機動車污染物排放與擴散研究的實驗裝置搭建方案，該方案大大改進了前人實驗模型，對街谷道路環(huán)境下機動車排放污染物的擴散過程能更加真實地模擬，對制定有效的機動車尾氣污染的管控和消減方法具有非常重要的意義。
[0028]最后說明的是，以上實施例對本實用新型進行了進一步的詳細說明，以上所述僅說明本實用新型的技術方案而非限制。本領域的普通技術人員應當理解，對本實用新型的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本實用新型技術方案的精神和原則，均應包含在本實用新型的權利要求范圍當中。
【主權項】
1.一種城市街谷道路機動車污染物排放與擴散研究的實驗裝置，其特征在于:包括風墻部分(I)、街谷建筑模型和污染物排放機動車模型部分以及配套測控部分;其中: 所述風墻部分(I)，用于提供風場環(huán)境，包括風墻(2)以及實驗段(3)，風速范圍O-1Om/s，用于提供模擬環(huán)境風作用下的街谷道路所需的風場;實驗段(3)由透明有機玻璃板構成，方便觀察實驗現(xiàn)象； 所述街谷建筑模型和污染物排放機動車模型部分，用于模擬車輛在不同光照加熱環(huán)境下的街谷道路上行駛并排放污染物，包括街谷下風側(cè)建筑模型(11)和上風側(cè)建筑模型(16)、機動車模型(12)、發(fā)動機(8)、示蹤粒子添加裝置(9)和光照輻射加熱板(5);所述街谷下風側(cè)建筑模型(I I)為透明有機玻璃組成，便于攝像機拍攝示蹤粒子運動圖像;所述機動車模型(12 )，可通過無線控制器控制車輛的行進過程，同時通過尾部的排氣管排放尾氣;所述發(fā)動機(8)，為汽車污染物的提供源，并通過示蹤粒子添加機構(9)往汽車尾氣中添加示蹤粒子，機動車模型和發(fā)動機以及示蹤粒子添加機構通過軟管(10)連接;所述光照輻射加熱板(5)，模擬不同太陽光照強度對街道的加熱作用，可以調(diào)節(jié)不同的角度，并且和紅外測溫儀(6)配合使用，通過光照輻射把街道加熱到特定的溫度； 所述配套測控部分，包括實驗段側(cè)面數(shù)碼攝像機(7)和實驗段端部數(shù)碼攝像機(18)、實驗段側(cè)面激光片光(4)和實驗段端部激光片光(15)、尾氣濃度測點(13)、數(shù)據(jù)采集器(14)和數(shù)據(jù)記錄計算機(17);所述實驗段側(cè)面數(shù)碼攝像機(7)，拍攝汽車尾氣中由實驗段頂部激光片光(4)照亮的示蹤粒子運動圖像，而實驗段端部數(shù)碼攝像機(18)則拍攝實驗段側(cè)面激光片光(15)照亮的示蹤粒子運動圖像，兩組分開使用，避免相互干擾；所述尾氣濃度測點(13)，由一組豎向氣體濃度探頭組成，可以根據(jù)需要移動位置，測量不同區(qū)域處排放汽車尾氣濃度，測量的結果通過數(shù)據(jù)采集器(14)轉(zhuǎn)碼傳輸?shù)接嬎銠C(17)。2.根據(jù)權利要求1所述的一種城市街谷道路機動車污染物排放與擴散研究的實驗裝置，其特征在于:采用發(fā)動機(8)提供污染源，發(fā)動機燃料可以采用機動車比較普遍使用的天然氣、汽油和柴油，轉(zhuǎn)速則通過計算機控制;采用示蹤粒子添加裝置(9)添加示蹤粒子進發(fā)動機尾氣，并通過數(shù)碼攝像機拍攝示蹤粒子的運動圖像;采用粒徑為0.5-2μπι氮化硼作為示蹤粒子，由發(fā)動機尾氣驅(qū)動，通過機動車模型(12)的尾氣排放口噴出，夾帶到街谷中并隨著發(fā)動機尾氣運動。3.根據(jù)權利要求1所述的一種城市街谷道路機動車污染物排放與擴散研究的實驗裝置，其特征在于:街谷下風側(cè)建筑模型(11)和上風側(cè)建筑模型(16)的尺寸和二者間距都可以根據(jù)實驗需要進行改變，實現(xiàn)對不同距離和不同尺寸的街谷道路環(huán)境的模擬。4.根據(jù)權利要求1所述的一種城市街谷道路機動車污染物排放與擴散研究的實驗裝置，其特征在于:街谷下風側(cè)建筑模型(11)和上風側(cè)建筑模型(16)在實驗段擺放的形式可以調(diào)節(jié)，不僅可以垂直于風場排放，也可以按照其他的角度擺放，研究不同角度(0-90°)的風場對街谷道路交通污染物擴散的影響。
【文檔編號】G01N21/85GK205720012SQ201620028309
【公開日】2016年11月23日
【申請日】2016年1月8日
【發(fā)明人】王強, 胡隆華
【申請人】中國科學技術大學