Page 16 - 空气污染控制与微粉捕集技术

Air Pollution Control and Micropowder Capture Technology
空气污染控制与微粉捕集技术

核事故发生后，在 10min 内给出快捷的放射性浓度分布，可采用正态模式产生
的图标，并在 30min 内给出数值模式计算结果。为此，美国原子能委员会属下
的 Livermore 实验室、Hanword 实验室、LosAlamos 实验室等都发展出不同的数
值模式。中国城市大气环境评价始于 20 世纪 70 年代初，1973 年中国科学院大

气物理研究所和北京大学在北京西郊开展一次大规模野外实验，除了气象观测还
用照相法测得烟云的垂直扩散系数。20 世纪末北京市开展了朝阳区中央商务区
（CBD）建成后的大气环境评价，CBD 几千米范围内已建和待建建筑物模型都
放在风洞中，用颗粒物（例如米糠）的吹蚀法测得此区域街道上的风速分布，

数值模式采用 10m 网格精度模拟出该区域三维温度场、风场和浓度场分布。结
果表明风洞实验和数值模拟所得到的街区中风速分布有相当好的一致性，证明数
值模式有能力计算出高大建筑群覆盖的城市大气边界层几千米范围内的气象场。
2003 年，李磊等人应用 CFD 软件 Fluent 对城市街区大气环境进行了研究，展现

出在街区大气环境中的应用前景。遗憾的是这些研究成果没能在以后的大气污染
扩散模拟中得到很好的发展应用。
用于大气扩散模拟的数值模式有拉格朗日模式和欧拉模式两类。拉格朗日模
式是跟随流体移动的粒子来描述污染物浓度及其变化，能细致描述大气污染物在

大气流场中的扩散和传输（Draxler），它是一种描述污染物扩散的自然方式，模
式采用的坐标固定在气流微团上随气流一起移动，输送 - 扩散方程中不再出现平
流项，因此这类模拟中也不会出现“数值伪扩散”现象。以拉格朗日为基础的扩
散模式多适合模拟几千米至几十千米区域的污染扩散，是比较高级的扩散模式，

需要三维随时间变化的气象数据，且能正确描述湍流扩散过程，因此目前基于拉
格朗日方法的扩散模式得到较为广泛的应用，其代表的模式是混合单粒子拉格朗
日综合轨迹模式（HYSPLIT）和拉格朗日粒子扩散模式（FLEXPART）。
由于拉格朗日模式是跟随质点或气团的运动轨迹来模拟的，因此对于持续源

长时间、远距离传输扩散情况下，其计算量会急剧增加，影响了模式的使用和推
广。欧拉方法是相对于固定坐标系描述污染物的输送与扩散，用欧拉流体速度的
统计特征来表述浓度统计量。为了减小数值伪扩散误差，欧拉型模式求解方法包
括有限差分、假谱、有限元等多种计算方案。差分法目前使用较多，其优点在于

直接将输送 - 扩散方程离散化，然后再求解离散方程、思路简单、明了、非常直
观便于程序化计算。但是，这类方法所面临的主要问题是计算的数值稳定性和计

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