生物柴油3E分析及汽車污染物擴(kuò)散研究.pdf

1、隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，汽車的保有量急速上升，高速增長(zhǎng)的汽車保有量，在給人類帶來經(jīng)濟(jì)繁榮和交通便利的同時(shí)，消耗著地球上有限的化石燃料并帶來了不可忽視的城市大氣污染，石油短缺和環(huán)境排放已經(jīng)成為當(dāng)前急需解決的兩大難題。以此為依據(jù)，本文選擇可再生能源生物柴油的生命周期分析以及城市街道峽谷內(nèi)機(jī)動(dòng)車排放污染物擴(kuò)散特征作為研究對(duì)象。 第一部分研究車用生物柴油的能耗、排放及經(jīng)濟(jì)性研究，選擇了兩種不同原料制備的生物柴油，建立了適合我國(guó)國(guó)情的生物

2、柴油全生命周期一次能源消耗和環(huán)境排放模型，分析我國(guó)生物柴油的全生命周期一次能源消耗、標(biāo)準(zhǔn)排放物和溫室氣體排放數(shù)量，將結(jié)果與柴油路線進(jìn)行了對(duì)比，并對(duì)此兩種不同原料制備的生物柴油進(jìn)行了經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)。得到以下結(jié)論： (1)生物柴油全生命周期的總能耗只有柴油路線總能耗的38.6％，一次能源原煤、石油和天然消耗比例依次約75％、22％和3％，與我國(guó)一次能源消耗結(jié)構(gòu)相似，非常適合我國(guó)國(guó)情；石油消耗只有柴油路線的8.8％，從一定程度上可以緩解我

3、國(guó)對(duì)外的石油依賴程度，對(duì)于我國(guó)這樣一個(gè)煤炭大國(guó)的能源安全問題具有重要意義。 (2)從各個(gè)階段的能耗分析，生物柴油車輛運(yùn)行階段的化石能源消耗為零，其主要的能源消耗集中在燃料制取和原料生產(chǎn)階段；原料生產(chǎn)階段的能耗約為柴油的65.1％，燃料制取階段是柴油的2.15倍，主要是其制取過程消耗的輔料和工藝燃料較多，能源轉(zhuǎn)換效率較低造成的。 (3)從環(huán)境排放角度分析，生物柴油在原料種植過程中的CO2負(fù)排放大大降低了溫室氣體排放，麻瘋樹

4、籽油和菜籽油制生物柴油與柴油路線相比，CO2排放分別下降了57.5％和48.0％；能源結(jié)構(gòu)中原煤代替石油占據(jù)了主導(dǎo)，SO2排放小幅增加，CO排放下降了39.7％，PM基本不變；VOC、NOx和PM10等排放在車輛運(yùn)行階段的影響有所下降，集中到了上游階段的燃料制取。 (4)從經(jīng)濟(jì)性角度分析，菜籽油制生物柴油的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展已經(jīng)具備了經(jīng)濟(jì)性基礎(chǔ)，而麻瘋樹籽油制生物柴油的規(guī)?；a(chǎn)，尚需要一段時(shí)間的推廣與成本降低方面的研究：菜籽油制與麻瘋

5、樹籽油制生物柴油項(xiàng)目的產(chǎn)品成本對(duì)原材料的價(jià)格都最為敏感：燃油稅政策的實(shí)施將會(huì)對(duì)生物柴油的盈利性產(chǎn)生積極影響。 第二部分研究熱效應(yīng)對(duì)街道峽谷內(nèi)氣流運(yùn)動(dòng)與污染物傳輸影響，選擇幾種典型街道峽谷結(jié)構(gòu)(IRF、WIF和SF)，結(jié)合熱效應(yīng)研究這幾種街道峽谷結(jié)構(gòu)在不同的表面受熱情景(例如街道峽谷底部受熱、底部和建筑物一側(cè)壁面受熱以及底部和建筑物兩側(cè)均受熱等情景)下街道峽谷內(nèi)氣流運(yùn)動(dòng)以及污染物擴(kuò)散特征，并將氣流交換率(AirExchangeRa

6、te)AER的概念用于街道峽谷氣流運(yùn)動(dòng)特征的研究。得出以下結(jié)論： (1)日光照射建筑物壁面或街道地面時(shí)，壁面附近的空氣與街道峽谷內(nèi)空氣形成溫差，溫差產(chǎn)生很強(qiáng)的浮升力影響街道峽谷內(nèi)的氣流運(yùn)動(dòng)以及污染物擴(kuò)散特征。SF(H/W=1和2)結(jié)構(gòu)：H/W=1，街道峽谷內(nèi)的順時(shí)針漩渦被分裂為兩個(gè)方向相反并列存在的漩渦結(jié)構(gòu)；街道峽谷迎風(fēng)面污染物濃度較高。H/W=2時(shí)，背風(fēng)面和地面同時(shí)受熱時(shí)，街道峽谷內(nèi)流場(chǎng)結(jié)構(gòu)為穩(wěn)定的單漩渦結(jié)構(gòu)，污染物在迎風(fēng)面產(chǎn)

7、生積累；其余受熱條件下街道峽谷內(nèi)度形成復(fù)雜的多漩渦結(jié)構(gòu)，背風(fēng)面污染物濃度高于迎風(fēng)面，漩渦分離的位置湍動(dòng)能較大。 (2)隨著街道峽谷高寬比的減小，地面受熱對(duì)于街道峽谷內(nèi)氣流運(yùn)動(dòng)以及污染物擴(kuò)散特征影響愈加顯著。WIF(H/W=0.5)結(jié)構(gòu)時(shí)，峽谷內(nèi)主漩渦擴(kuò)張并擠壓背風(fēng)面一側(cè)較弱漩渦直至消失，迎風(fēng)面和地面受熱以及三個(gè)表面同時(shí)受熱時(shí)，街道峽谷內(nèi)流場(chǎng)結(jié)構(gòu)是迎風(fēng)面一個(gè)擴(kuò)張的小漩渦以及一個(gè)被擠壓變形的主漩渦；峽谷內(nèi)背風(fēng)面附近污染物濃度較高。I

8、RF(H/W=0.1)結(jié)構(gòu)時(shí)，峽谷內(nèi)靠近背風(fēng)面一側(cè)形成一個(gè)大的漩渦結(jié)構(gòu)；污染物擴(kuò)散表現(xiàn)出向迎風(fēng)面一側(cè)以及向上同時(shí)擴(kuò)散的特征，街道峽谷內(nèi)的污染物濃度分布為峽谷中間區(qū)域較大。 (3)H/W=1，接到地面受熱時(shí)，街道峽谷內(nèi)外氣流交換率AER隨著受熱強(qiáng)度的增強(qiáng)而增加，隨著Re數(shù)的增加而減小：垂直方向速度的脈動(dòng)產(chǎn)生的氣流交換率AERw.大于平均垂直速度產(chǎn)生的氣流交換率AERw，二者之間的差別隨著受熱強(qiáng)度的增強(qiáng)而減小；AER和Gr/Re2之

9、間的函數(shù)關(guān)系是Y=aX2+bX+c形式的二次多項(xiàng)式，這里a=-0.0001.，6=0.0117，c=0.0748。 (4)不同結(jié)構(gòu)街道峽谷，H/W=1時(shí)街道峽谷氣流交換率最??；H/W=2結(jié)構(gòu)街道峽谷，背風(fēng)面受熱和迎風(fēng)面受熱兩種條件下總的氣流交換率幾乎相同；H/W=0.5時(shí)，地面受熱和背風(fēng)面受熱條件下AER,分量較大，但迎風(fēng)面受熱則不同，AERw.分量較大；H/W=0.1時(shí)，尤其是地面受熱條件下的AER，幾乎是,背風(fēng)面和迎風(fēng)面后熱

10、條件下的2到3倍，三種表面受熱時(shí)，街道峽谷氣流交換率AERw.分量較大；隨著街道加寬，地面受熱對(duì)街道峽谷氣流運(yùn)動(dòng)影響越加顯著，氣流交換率AER增大。 綜上所述，生物柴油的全生命周期分析表明，生命柴油不僅能夠改善污染狀況，而且能顯著地減少石油的消耗，有效降低我國(guó)對(duì)進(jìn)口石油的依賴，緩解能源供應(yīng)、確保能源安全和減少溫室氣體排放。熱效應(yīng)對(duì)街道峽谷內(nèi)氣流運(yùn)動(dòng)與污染物傳輸影響研究結(jié)果為城市街道峽谷內(nèi)氣流運(yùn)動(dòng)特征及污染物的局部空間分布特征預(yù)測(cè)