随着计算机和数值模型的飞速发展,计算流体力学(CFD)已广泛应用于模拟研究街谷风场和污染物扩散的问题。利用风洞试验数据和Fluent软件,本文对二维街谷的风场特征以及污染物的扩散和分布规律进行了数值模拟研究。本文首先应用雷诺平均法(RANS)中的三种两方程湍流闭合方案,即RNG、 realizable和标准(standard) k-ε,对所构建的街谷模型进行模拟。模拟得到的风场和温度垂直廓线通过日本国立环境研究所和德国汉堡大学的风洞试验数据进行验证,结果显示三种模型的模拟值与风洞测量值之间均有很好的吻合,其中以RNG k-ε方案略佳。其次,采用RNG k-ε湍流闭合方案进行了四组数值模拟试验。在第一组试验中对8个不同高宽比H/W的街谷进行了模拟,结果显示当H/W等于0.4时街谷内风场呈现尾干扰流形态；当H/W超过0.6时,风场表现出滑过流的特征。由于这一组试验的雷诺数较大(-107),所有模拟结果均未显示出多涡旋的特性,而是在街谷内部形成了一个稳定的顺时针涡旋。同时,模拟结果还显示出了迎风面是维系涡旋的能量来源,迎风面的动量大于背风面的动量。屋顶高度有强湍流作用,尤其是在迎风面的尖角附近。在第二组模拟试验中对8个不同雷诺数的街谷模型进行了敏感度分析,雷诺数从103到107不等。结果表明当雷诺数较低时会在街谷中形成双涡旋结构甚至多涡旋结构。进一步的分析还表明多涡旋的形成不仅仅与雷诺数有关,而是与另外一个特征量,风速与特征长度比也有密切关系。因此较低的雷诺数(<105)和较高的风速与特征长度比(>10-1)是稳定多涡旋形成的必要条件。第三组试验针对H/W=1和H/W=2的两种街谷,引入传输方程模拟研究污染物在街谷中的扩散规律。模拟主要考虑两种污染来源,即入口污染源和街谷底部污染源。结果表明入口污染物通过风场的动量输送进入街谷,与风场流线相似呈环状分布。底部污染物由于处于低动能区,不能有效影响街谷中的污染物浓度分布。为了进一步了解热传递对污染物扩散的影响,在最后一组数值试验中加入能量方程和Boussinesq近似方程,模拟街谷底部加热和自然对流现象。模拟结果显示由于街谷底部温度高于空气温度,从而在街谷中产生了向上的浮力,致使底部污染物扩散能力增大。上述研究内容及结论对于街区尺度甚至城市尺度上污染物的高精度研究和预报提供了参考和指导。