《BUILDING AND ENVIRONMENT》：Effect of tunnel-shaped noise barriers on pollutant dispersion induced by continuous traffic flow by moving overset grid simulations
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本研究针对现代城市道路高交通流量导致尾气污染物积聚的问题，采用大涡模拟(LES)和动态重叠网格技术，系统研究了全封闭与半封闭隧道式隔音屏障对连续车流诱导污染物扩散特性的影响。研究发现全封闭屏障内污染物累积时间更长、平均浓度更高，个人摄入分数(PIF)是半封闭屏障的4.68倍，揭示了不同屏障结构通过影响流场对流扩散机制进而调控污染物分布的规律，为城市隔音屏障设计和交通规划提供了重要理论依据。
随着城市化进程加速和机动车数量激增，现代城市道路面临着持续高交通流量和显著尾气排放的双重挑战。隧道式隔音屏障作为常见的道路基础设施，虽能有效隔离交通噪声，但其全封闭或半封闭结构可能对车辆诱导污染物产生更强的积聚或屏蔽效应，对驾驶员、乘客和行人的健康构成严重威胁。与传统直立或悬臂式隔音屏障相比，隧道式屏障对污染物扩散的影响机制尚不明确，且现有研究多忽略连续车辆运动产生的动态效应。
为探究隧道式隔音屏障对连续车流污染物扩散的影响机制，研究团队在《BUILDING AND ENVIRONMENT》发表了最新成果。该研究选取全封闭和半封闭隔音屏障为代表性案例，采用大涡模拟(LES)和动态重叠网格方法，系统分析了不同交通流量和车速条件下屏障内外污染物的演化特性、时间平均分布规律及个人摄入分数(PIF)，并通过瞬时风速和涡量场揭示了流场机制。
研究采用的关键技术方法包括：基于MIRA车辆模型建立简化几何并设置尾气管参数，运用动态重叠网格技术模拟车辆连续运动，采用大涡模拟(LES)精确捕捉湍流和动量传递过程，通过网格独立性验证和风洞实验数据对比确保模型可靠性，并基于人口年龄分组和微环境参数计算个人摄入分数(PIF)评估健康风险。
研究结果主要发现：
污染物演化特性表明，隧道式隔音屏障内污染物浓度呈现累积阶段和稳定阶段两个明显阶段。全封闭屏障的污染物累积时间是半封闭屏障的2.52倍，且污染物浓度波动程度随交通流量增加而加剧，随车速提高而减弱。
时间平均污染物分布特征显示，全封闭屏障内污染物浓度沿纵向呈"两端低中间高"分布，而半封闭屏障则呈现"两端高中间低"的特征。全封闭屏障内时间平均污染物浓度是半封闭屏障的6.25倍，且对交通流量变化的敏感性更高。
个人摄入分数分析发现，全封闭屏障内的平均PIF值是半封闭屏障的4.68倍。PIF随交通流量和车速增加呈线性下降趋势，这与污染物浓度变化趋势相反，主要原因是总污染物排放量增加导致PIF计算公式分母增大。
流场机制分析揭示了不同屏障结构的通风特性差异。全封闭屏障内外更高的风速和更强的空气对流导致污染物累积阶段持续时间更长，而半封闭屏障的开放侧产生更高的下游风速和涡量，通过对流和扩散效应促进污染物扩散。
该研究首次系统揭示了隧道式隔音屏障对连续车流污染物扩散的影响机制，明确了不同屏障结构在污染物积累和扩散方面的本质差异。研究结果不仅为城市隔音屏障的优化设计提供了科学依据，也为交通规划中平衡噪声控制与空气质量控制提供了重要参考。未来研究可进一步考虑多种车型组合的复杂交通流条件，以更真实地反映城市道路环境中的污染物扩散规律。
