油气实验设计论文

2022-04-15

摘要：海上稠油油藏具有埋藏深、原油黏度高、油藏压力高、油藏非均质性严重等特点，稠油注蒸汽开采常添加化学剂以提高开采效果。通过物理模拟实验，分别对稠油注蒸汽开采常用化学剂—降黏剂、起泡剂、产气剂的驱油效果进行对比。下面是小编整理的《油气实验设计论文(精选3篇)》，仅供参考，大家一起来看看吧。

油气实验设计论文篇1：

油气储运工程专业实验系统化教学体系的建设与实践

[摘要]油气储运工程专业实验教学改革，对于培养适应行业快速发展的创新型工程应用人才具有关键促进作用。通过优化整合实验教学内容，充实实验教学资源，立体化实验训练系统，递进式组合实验项目与实验教学方式，构建了油气储运工程专业实验的系统化教学体系，有效地培养了学生的创新思维，提高了学生的技术创新能力。

[关键词]油气储运工程;专业实验教学体系;系统化;实践

《国家中长期教育改革与发展规划纲要（2010—2020）》提出高等教育人才培养目标是“重点扩大应用型、复合型、技能型人才培养规模”。油气储运工程专业本科阶段的人才培养，旨在为油气储运工程技术人才进入油气储运及相关工程业界从业提供预备教育[1-2]。专业实验教学是实现油气储运工程人才创新能力、独立工作能力和专业实践能力培养目标的关键环节之一[3-4] ，是高等教育不可或缺的组成部分。为了支撑培养目标达成，油气储运工程教育专业认证提出本科生毕业时要能够基于科学原理并采用科学方法对复杂工程问题进行研究，包括设计实验、分析与解释数据，并通过信息综合得到合理有效的结论[5-6]。这使得油气储运工程专业实验教学在本科生工程问题分析和探索能力培养中的作用和地位更为凸显。

常州大学油气储运工程专业自1986年创建以来，一直秉承“实验室是高校办学基础”的理念，不断加强学科建设和实验室建设，目前已是江苏省“十二五”高等学校重点专业、江苏省重点学科、江苏省特色专业以及江苏省优先发展学科，并在2005年建成江苏省油气储运技术重点实验室，2006年成为江苏省实验教学示范中心，2016年建成国家级“石油钻采与储运工程”虚拟仿真实验教学中心。

在加快实验室硬件建设的同时，我们通过全面分析油气储运人才培养模式和行业发展所需人才的特点[6-7]，基于OBE工程教育理念，在以学生为本的基础上，对油气储运工程专业实验的教学内容、教学资源进行了全面改革，以油气储运实验技术课程为核心，依托不断升级的实验教学平台，构建了体现工程教育系统性、完整性和创新性的油气储运工程专业实验系统化教学体系，并历经多届本科教学实践，取得了丰富的教学经验和理想的教学效果。

一、有机整合专业实验，使实验教学系统化

油气储运工程专业是一门涉及从油气开发至最终使用过程中的加工、运输、储存等领域的技术交叉型学科。在专业实验教学中，诠释OBE工程教育理念，需解答的第一个问题就是明确需要学习哪些内容。油气储运工程的专业实验教学内容涵盖常见储运流体的物性分析、常见油气储运工艺系统的模拟、常见油气储运工程设备的运行特征分析等领域人才必备的工程技术。在传统油气储运专业实验教学体系中，各项专业实验按照其实验内容，穿插设置于各专业理论课中，实验内容往往受所依附课程的限制，忽视了课程间的学科互通性、连贯性，致使不同课程实验的内容明显重复，实验教学体系松散，实验资源分散[8]。

如今，油气储运学科面临许多需要多学科交叉融合来解决的技术难题[9]。这种不同研究方向间交叉渗透和有机融合的学科发展趋势为油气储运专业实验教学明确了整合化、系统化发展的方向。

此外，实验教学往往是为验证和理解课程理论知识而服务，实验过程往往按实验指导书上的操作步骤“依葫芦画瓢”，缺乏实验设计、实验基本测试手段、实验分析等方面的理论支持，学生想要自己设计实验也无从下手。

根据油气储运工程专业的特点，结合学习认知的一般性規律，我们重新将所有油气储运工程专业的实验内容进行统筹分配，并自2007年始设立油气储运实验技术课程，实现专业实验内容的系统化授课和综合化考核。

（一）实验项目多层次、系统化整合

在专业实验教学中，诠释OBE工程教育理念，需解答的第二个问题就是为什么要学习这些内容。为此，我们对所有专业实验项目进行有机整合，并依据人才培养规律，有序关联实验项目，构建“专业基础实验”“专业应用实验”和“综合创新实验”三大实验模块，形成“由简入繁”“由基础到应用”的多层次专业实验教学体系，让学生通过专业实验学习后，清楚地认识到油气储运专业实验体系建立的工程和实践意义，以及这个体系内部各层次间递进的原理。

第一层次为“专业基础实验”。确定输、储流体的基本物性是开展一切油气储运工程项目的基础，为此我们将“专业基础实验”模块设计为输、储流体基本物性测定模块。为便于比较输、储物料不同造成的输、储特点的差异，各项物性测试实验均采用对多种物料进行对照性测试。以黏度测试为例，选用汽油、甘油和原油3种测试物料，让学生不仅可以掌握基本的黏度测试技术，而且可以直观认识到不同物料黏度测试的差异，再由黏度测试的差异认识到其流体性质和流动性能的差异。

第二层次为“专业应用实验”。该模块着眼于油气储运工艺实验。在第一层次实验模块基础上依次开展4个复杂工艺模拟型实验，即长输管道运行工况模拟实验、油库运行工况模拟实验、油田集输系统工艺流程模拟实验和城市燃气输配运行工况模拟实验，以便分析不同工艺间的异同，掌握流程性技术的共性和在不同应用场合下的特性。

第三层次为“综合创新实验”。该模块着眼于综合型和探索型实验，以在工艺模拟实验基础上开展研究型实验为主，如土壤的腐蚀性测定实验、气—液两相流动模拟实验和油品蒸发损耗模拟测定实验等。

为提高实验项目的系统性和整体性，可以将第三层次与第二层次的实验有机结合起来开展，如油品蒸发损耗模拟测定实验与油库运行工况模拟实验在实验平台、基本操作等方面存在较强关联性，可将两者优化整合为油库运行工况和蒸发损耗模拟测定实验，从而使学生的实验综合设计能力、综合操作能力和分析能力得到很快提高。

（二）实验理论与实训有机结合

在专业实验教学中，诠释OBE工程教育理念，需解答的第三个问题就是如何实现预期目标。由于实验理论教学是提高学生实验设计能力和分析能力不可缺少的辅助环节，因此，为保障和加快预期目标的达成，与传统的实验指导书内容不同，油气储运工程专业实验体系中的理论教学以实验方法为主体，与实验实训过程相辅相成、相互促进。

这里的“实验方法”是指与实验相关的科学方法，是科学家群体在长期实验研究过程中所形成的一整套有效的思维方式和操作规则[10]。它不仅仅表现为实验指导书中的实验技能形式，更注重实验设计方法和实验结果分析方法的系统阐述，如储运工艺模型设计的基本原理、实验方案的科学设计方法以及实验数据的分析方法等，帮助学生解决实验实训中实验平台如何搭建、实验方案如何合理制订以及实验数据如何有效分析等问题。因此说实验理论教学为实验教学从单一验证模式向含自主设计实验的多样化教学模式转变提供了理论支持。

学生掌握了实验方法，对加强其对科学问题的认知能力，促使其形成科学的思维方式以及提高其实验设计能力、实验分析能力和综合创新能力具有重要的意义。这些方法不仅可以用于开展实验活动以探索专业领域的问题，而且在其他领域的科学研究、日常生活以及社会生活中都可以发挥巨大的作用[10-11]。

实践表明，对实验项目进行系统化整合，并将其与实验理论相结合后，本专业学生对油气储运工艺及工程技术问题形成了更为系统的认知。思考与动手相结合、虚拟与现实相结合、模型与原型相结合的立体化实验训练体系使学生的课堂活跃程度和在动手环节积极参与程度明显增强。

二、丰富实验教学资源，使实验学习体验立体化

丰富的实验教学资源是高效开展实验教学，高度达成实验教学目标的有力支撑[12]。根据“厚基础、宽专业、高起点、重特色”的人才培养目标，我校将实验室建设与学科建设相结合，逐年投入经费建设油气储运工程专业的专业实验室，提高实验室层次。采购各类实验仪器设备时均充分考虑综合性、设计性实验项目开展的适应性，积极为实验教学改革创造必要条件。因此，油气储运专业实验室先后获评为江苏省油气储运技术重点实验室、江苏省油气储运实验教学示范中心。而且我校采取“开放”原则，即实验室对全校学生开放，油气储运专业学生可根据自身需要自选实验项目、实验时间，利用全校的教学实验资源开展课外科技活动[13]。

在不断增强实验设备综合实力的同时，油气储运工程专业实验的开展方式也从单一化的室内模型实验拓展为包含室内模型实验、虚拟模型仿真、实景沙盘模拟和生产实训实验在内的多角度、全方位的立体化实验训练体系。学校先后建成的“石油钻采与储运工程虚拟仿真实验教学中心（国家级）”、常州大学—中国石化集团华东石油局工程实践教育中心（国家级）、江苏省有机废弃物处理工程技术研究中心以及江苏省石油与天然气工程实践教育中心均向学生开放，这就为这一立体化专业实验训练体系的运转和发展提供了良好的环境和坚实的基础。学校所在的“国家大学科技园”内近百家大院大所、研究机构等也为学生提供了广泛的科技创新活动基地。

三、采用递进式组合教学方式，促进创新型人才培养

实验教学体系系统化的根本目标是促进学生实验能力提升[10-11]，恰当的教学方法是目标达成的“催化剂”。实验能力是在实验活动中逐渐形成和发展的。从实验课题的选择和确定至实验现象和数据的收集和处理等环节是培养学生发现问题、提出问题、设计研究方案、分析研究结果并寻得解决方案的能力的必不可少的环节。

在传统油气储运专业实验教学中，实验教学方式较为单一，即教师负责讲解和指导，学生只需按照步骤完成实验，最后上交实验报告即可。学生实验能力的培养过于集中在实验操作环节[10]。

基于此，我们立足学情，遵循循序渐进的学习规律，将演示验证式、辅导式、指导式教学方式分别与第一层次的“专业基础实验”、第二层次的“专业应用实验”、第三层次的“综合创新实验”进行模块化组合，实现不同实验教学方式的有机结合，形成了实验能力逐级培养的实验训练模式。

为解决课内学时有限的问题，并提高专业实验内容的自主性，我们将综合型和探索型实验教学延展至课后，并将课后实验项目完成的评价结果纳入课程考核当中。实验项目可由学生根据自身条件和兴趣自行设定，或与各类专业竞赛、创新创业类项目相结合，以申报专业竞赛项目（如全国石油工程设计大赛、全国油气储运工程设计大赛等）、大学生创新基金项目（如“挑战杯”等）或参与教师科研项目的形式进入创新实验平台，在教师指导下开展自主实验和课题研究。

四、专业实验体系的实践效果

油气储运专业实验体系将专业实验独立成课，并设定包含明确的考核环节的多维考评体系。考核环节包括实验理论环节、课内实验环节和课后实验环节，各考核環节均设计理论知识考查和现场实践操作考查两种考查方式。多年教学实践表明，这样能增强学生对油气储运专业实验的重视程度和精力的投入。

通过总结学生专业实践环节成果发现，实验能力逐级培养的实验训练模式带动和影响了专业的课外实践和科技创新氛围。如今每届有80%以上的学生参与课外各类专业竞赛、创新创业类项目，如“挑战杯”中国大学生创业计划竞赛、“全国大学生石油工程设计大赛”、“全国油气储运工程设计大赛”、常州大学“挑战杯·卓越”计划项目等，并取得了一定的成果，如获得第十届“挑战杯”中国大学生创业计划竞赛金奖、“全国大学生石油工程设计大赛”一等奖等多项奖项。可见，系统化的专业实验教学体系能将学生的创新能力培养按级落到实处，有利于更为系统、全面地培养学生的专业技术创新能力。

五、结语

专业实验教学是油气储运高等人才培养不可或缺的组成部分。为适应未来油气储运行业的发展趋势，我们基于OBE工程教育理念，在以学生为本的基础上，按照内容系统化、体验完整化、方式多样化的原则，有机整合了专业实验教学内容，并不断丰富和升级实验教学平台，建成了包含室内模型实验、虚拟模型仿真、实景沙盘模拟和生产实训实验在内的立体化实验训练系统，配合实验能力逐级培养的实验训练模式，构建了与实验理论有机结合的专业实验系统化教学体系，并取得了良好的实施效果。

油气储运行业技术在高速发展，因此，油气储运专业实验教学改革仍需不断联系实际，持续改进，将专业实验教学水平推上一个新的高度。

[ 参考文献 ]

[1] 王贵成，蔡锦超，夏玉颜.我国高等工程教育的现状、问题及对策研究：基于国际高等工程教育专业认证的视角[J].内蒙古师范大学学报（教育科学版），2010（3）：4-7.

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[4] 祖国胤.提升工科本科生创新能力的科研技能培训[J].实验技术与管理，2011（1）：22-24.

[5] 李涛，刘灵芝.我国高等工程教育专业认证的现状分析及对策研究[J].大学教育，2012（6）：21-22+34.

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[8] 张劲军，何利民，宫敬，等.油气储运理论与技术进展[J].中国石油大学学报（自然科学版），2013（5）：151-162.

[9] 王海秀，周锡堂，梁飞华.油气储运工程专业实验教学改革与实践[J].实验科学与技术，2014（2）：106-107+213.

[10] 赵建华.高校实验教学目标探析[J].高教探索，2012（4）：71-73.

[11] 劉金华，李明堂，高强，等.农业资源类实验教学示范中心运行机制研究[J].大学教育，2017（12）：65-67.

[12] 房贞政.实验室建设要有新理念[J].实验室研究与探索，2005（5）：1-2.

[13] 周诗岽，王树立，赵会军，等.油气储运工程专业实验教学探索与实践[J].实验室科学，2014（3）：110-112.

[责任编辑：庞丹丹]

作者：吕爱华　郭文敏　赵会军　黄维秋　李恩田

油气实验设计论文篇2：

海上稠油化学剂对蒸汽驱油效果实验研究

摘要：海上稠油油藏具有埋藏深、原油黏度高、油藏压力高、油藏非均质性严重等特点，稠油注蒸汽开采常添加化学剂以提高开采效果。通过物理模拟实验，分别对稠油注蒸汽开采常用化学剂—降黏剂、起泡剂、产气剂的驱油效果进行对比。其中，产气剂单独使用的驱油效果较好，同时可以起到提高驱替能量的作用;如果降黏剂、产气剂和发泡剂3种化学增效药剂按照一定比例复合，产生的复合作用更能提高采收率。

关键词：稠油;降黏剂;蒸汽驱;化学剂;驱油效率

海上稠油油藏具有埋藏深、原油黏度高、油藏压力高、油藏非均质性严重等特点，在注蒸汽开采初期，注入压力偏高、油藏吸蒸汽不均等现象显著，会导致注蒸汽干度下降和蒸汽窜流，直接影响注蒸汽开采效果[1-2]。因此，在注蒸汽开采初期，需采用化学降黏、化学调剖等热采化学增效措施提高注蒸汽开采效果。通过添加降黏剂降低原油黏度、消除近井地带的有机堵塞，达到降低注入压力的目的，添加泡沫调整吸蒸汽剖面，有效提高蒸汽的注入能力。

1 油藏特征

渤海L油田储层物性孔隙度为30.40%～32.80%，平均孔隙度为32.00%;渗透率为1000～2000 mD，平均渗透率为1 500 mD，储层为弱压实弱胶结的高孔中高渗类储层;地层温度为38.70～43.40℃，地层温度梯度为3.12℃/100 m;地层压力系数为1.0118～1.0147，压力梯度为0.95 MPa/100 m，属于正常压力系统。原油性质属高黏、中含硫、低凝、低蜡的重质特稠油。

2 实验设计

2.1 实验装置及流程

实验装置由高温烘箱、压差传感器、数据采集控制系统、产出液计量系统、流体注入系統等组成，具体流程如图1所示。

2.2 实验步骤

（1）采用2.5 cm×15.0 cm填砂管，用准备好的砂样装填模型。（2）抽真空：将填砂模型一端阀门关闭，另一端接抽真空系统，打开真空泵，直到真空表读数为﹣0.10 MPa ，同时，饱和地层水，测出模型孔隙体积。（3）在实验温度下，将准备的油样以恒定的速度（0.1 mL/min）注入岩心，建立束缚水，直到压差稳定、产出液不含水为止，记录此时的压差及从岩心中驱替出的累积水量。（4）先蒸汽驱到含水95.00%以上，再注入药剂恒温放置12 h，接着进行蒸汽驱，分阶段记录驱替过程的压力和采出油量，计算注药剂前后的驱油效率[3]。

3 研究思路

以蒸汽驱油实验为基础，通过添加不同的化学剂（降黏剂、起泡剂、产气剂），分析不同化学剂的驱油规律及压力变化，得出化学剂对稠油蒸汽驱开采效果的影响[4]。

4 实验结果及认识

首先，通过降黏剂、产气剂和发泡剂单独驱油实验，考察独立药剂分别贡献的大小。单独注入增效药剂驱油效率增幅从大到小为产气剂17.60%、发泡剂8.19%、降黏剂5.32%（见表1）。产气剂随着温度升高释放气体，气体伴随蒸汽注入，可以扩大蒸汽波及范围，同时降低蒸汽分压，提高蒸汽干度，因此，具有更好的驱油效果。降黏剂、发泡剂的驱油效果不明显，仅靠降低原油黏度和提高油水界面活性对稠油蒸汽驱作用有限。

其次，开展3种稠油蒸汽驱常用化学剂组合驱油实验，结果发现，化学剂组合后驱油效率增幅达到30.78%，远超3种化学剂单独使用的效果（见图2），说明3种不同作用的化学剂复合后可以大幅度提高稠油蒸汽驱采收率。因此，对于稠油蒸汽驱开采效果，降黏、调堵、扩大波及范围是提高采收率的3个关键点。

最后，由注降黏剂前后的压力曲线可知，降黏剂明显降低了驱替压力，起到了较好的降黏效果;由不同化学剂参与的蒸汽驱油压力变化可知，注产气剂前后压力变化较大，调堵效果明显（见图3～6）。

5 结语

降黏剂、产气剂和发泡剂3种化学增效药剂按照一定比例复合后的效果优于各药剂单独使用的效果。其中，降黏剂起到降低原油黏度、提高驱油效率的作用;发泡剂和产气剂产生泡沫，起到调整注蒸汽剖面、扩大波及范围的作用。因此，按照一定比例将3种增效药剂复合产生的复合作用能更好地提高采收率。

[参考文献]

[1]吴本芳，郭金波.稠油油溶性降粘剂研究进展概况[J].油气储运，2003（2）：16

[2]孟科全，唐晓东，邹雯炊，等.稠油降粘技术研究进展[J].天然气与石油，2009（3）：30-34.

[3]尉小明，刘喜林，郭占文，等.辽河油田超稠油掺活性水降粘先导性试验[J].石油学报，2006（4）：119-121.

[4]易绍金，邓勇.表面活性剂菌在稠油乳化降粘中的实验研究[J].石油与天然气化工，2008（1）：59-61.

作者：林辉孙君周文超付云川任树亮

油气实验设计论文篇3：

狭管效应对于不同高度雾霾浓度关系探究

摘要：当前因为化工企业废气和汽车尾气的排放、以及燃气管网的泄露等原因所致，我国城市大气污染的趋势日益严重，这些污染气体的排放对城市环境无形中造成了非常大的影響，明显表现为雾霾天气日渐增多，雾霾污染环境的同时，也严重威胁着人们的健康，而城市、街道、社区、楼宇间“狭管效应”会影响污染物扩散。文章主要对社区楼宇间“狭管效应”对气体流动和污染物扩散之间的形成关系进行了调查分析，以达到让人们了解“狭管效应”对于不同高度雾霾浓度关系的影响，从而选择健康的生活环境，来更有效的保护我们的身体健康。

关键词：城市街道；社区楼宇；狭管效应；扩散关系

道路和道路两边的建筑物构成的狭长型街道就是城市街道峡谷。街道峡谷可以根据街道分布的不同，分为孤立街道峡谷和非孤立街道峡谷；根据街道两边建筑物的高宽比划分为宽街道峡谷、深街道峡谷以及理想街道峡谷[1-2]。现阶段，我国的城市化建设增长迅速，城市土地供应不足让城市中一些高层建筑呈现迅速增长的趋势，由此所带来的影响就是城市街道的峡谷效应变得更加明显。城市大气因汽车尾气以及化工废气的排放影响，大气污染问题越来越突出。城市街道社区峡谷内部气流运动，对污染物的迁移和扩散都产生了非常大的影响。因此，研究城市街道社区峡谷气流场，能有效揭示峡谷内污染物的输送、分布和扩散规律，进而对整个城市的建筑布局、道路建设以及小区合理规划都有着非常重要的积极作用。

雾霾是对大气中各种悬浮颗粒物含量超标的笼统表述，尤其是PM2.5（空气动力学当量直径小于等于2.5微米的颗粒物）被认为是造成雾霾天气的“元凶”。随着空气质量的恶化，阴霾天气现象增多，危害加重，中国不少地区把阴霾天气现象并入雾一起作为灾害性天气预警，预报统称“雾霾天气”。雾霾天气是一种大气污染状态。

研究背景

近些年来，北京地区的雾霾问题让人们谈霾色变，它漂浮在空气中，潜移默化的影响着人们的身体健康。长期生活在雾霾天气下，主要会引发呼吸道疾病和心血管疾病，并会诱发近百种并发症，对人们造成多种疾病困扰。同时，长时期生活在雾霾天气下同样也会影响心理健康，易产生悲观、情绪低落、精神懒散等现象，遇到不顺心的事情甚至容易失控。不仅如此，雾霾还引起了一系列社会问题，例如：学校因为雾霾情况严重停课，交通运输因天空能见度低而造成交通事故等。

因此，北京市政府采取了一系列措施来缓解雾霾，如汽车尾号限行、鼓励公交出行、开辟自行车道、对高污染行业进行监管等。但是我们也不能只将鸡蛋放在一个篮子里，我们也需要自己进行预防。

一次地理课上，老师讲解了“狭管效应”的概念。狭管效应（The effect of narrow），又称为峡谷效应，是指地形峡谷对气流的影响，当气流由开阔地带流入地形构成的峡谷时，由于空气质量不能大量堆积，于是加速流过峡谷，风速增大，当流出峡谷时，空气流速会减缓。

研究目的

调查社区楼宇间“狭管效应”对雾霾浓度的影响；分析在社区楼宇不同高度下雾霾浓度的变化；不同因素对峡谷气体流动及污染扩散的影响关系。

研究思路

使用综合空气检测仪（思乐智，MEF-550）和多功能风速计（标智仪表，GM8910）测量小区“狭管效应”和非“狭管效应”楼宇的不同楼层的雾霾浓度和风速，并统计分析，以探究“狭管效应”对不同高度雾霾浓度的关系。

研究方法和过程

经过制定研究计划和方案、文献调查及专家咨询、问卷调查、网络查询、实地考察和整理数据得到初步结果。

研究流程图

为了研究“狭管效应”对于不同高度雾霾浓度关系制定了流程图。

研究时间和内容列表

项目自2017年3月11日开始，于2017年10月中旬结束，历时7个月。期间3～6月为调查资料阶段，4～5月开展问卷调查，7～9月进行实地考察，甄选测量地点并测量数据。同时针对有关问题在8月份咨询相关专家，9月份归纳总结，最终10月中旬完成项目研究报告。

数据采集与实验设计

（1）选取数据采集地。数据采集地点选择的是作者居住的拂林园小区。该小区位于北京市北五环外仰山桥附近，与奥林匹克森林公园北园直线距离350米，小区东侧为南北向的北苑路，周边的住宅及商业区以高层建筑为主。楼间紧密有致，同时具备宽街道峡谷、深街道峡谷及理想街道峡谷。

（2）实验设计。仪器和工具：使用综合空气检测仪（思乐智，MEF-550）和多功能风速计（标智仪表，GM8910），来测量不同楼间距、不同高度下PM2.5、PM1.0、PM10、TVOC以及当天风向、风速等数据，其中主要选取PM2.5、PM10和风速数据，经过统计、计算、分析，以达到探究社区楼宇间“狭管效应”对高度与雾霾浓度的关系。

通过走步测量和按照地图比例尺方式，测量楼与楼之间距离、楼房宽度和长度，选取了居住小区的5个实验地点，其中采集“狭管效应”数据4个点、非“狭管效应”数据1个点。“狭管效应”数据4个点分别为4号、18号、19号和20号楼，该四个点每两楼之间相隔40～50米、楼长50米、楼宽25米；选取楼高约90米且楼前为一个面积约70亩的绿化公园的13号楼（5号位置），测量非“狭管效应”数据。在测量地点分别选取3、7、11、14层4个楼层进行测量。

调查方法和过程

（1）资料查询。为了更加了解“狭管效应”，及雾霾问题的现状、背景和改进措施、防护方法等专业知识，通过拜访专家、网络信息查询、图书馆分类资料查询，确定了课题并查找了大量资料。

（2）拜访专家。针对专业知识和课题研究拜访了专家李承森老师和刘艳菊教授。

（3）网上信息查询。搜集资料所使用的数据库包括：国别资讯，知网查询，维普论文，中文社科引文索引，万方数据资源系统，中国科学引文数据库，社科院-皮书数据库，清华大学机构知识数据库，清华大学出版社数字图书，高校教参数据库等。

（4）图书馆分类资料查询。先后在海淀图书馆，清华大学图书馆查阅了资料。

问卷调查

针对居住类型、楼层满意度、居住环境、社区环境、高度与雾霾关系的认知等问题，在居住小区和小区周围的街道、超市、电影院、公园等地发放并回收了200张调查问卷，了解居民对雾霾与高度关系问题的基本认知度。参与调查人群：10～65岁，包括学生、售货员、企事业单位工作人员、司机、厨师、家庭主妇、环卫人员，无业民众和许多不愿透露职业的人们。

经过调查，大部分人在购房时考虑过楼间距以及楼房地理位置问题，并且喜爱购买15层以上的高楼层居住，而对高度与雾霾浓度关系的问题几乎各占一半。

实地考察

作者与父母及祖父母五人，在8月5、21、31日和9月1、9、16日6天里，18～19点钟期间同时在五个实验点，运用测量仪检测不同高度下的PM2.5和PM10浓度以及风速情况，测量周期内先后出现降水、风、晴、雾等天气。

为了更好研究狭管效应对于不同高度雾霾浓度关系，一共测量了两组实验数据：①同一时间5人同时在1～5号实驗点的同一楼层测量并记录；②选取其中具有“狭管效应”的一个实验点，5人分在不同楼层测量并记录。

数据统计结果

经过数据统计，非“狭管效应”的楼宇同楼层的雾霾浓度高于有“狭管效应”的楼宇。四个具有“狭管效应”的采集点的PM2.5和PM10的浓度在低楼层相对低，高楼层层略高。非“狭管效应”的5号位置雾霾浓度在各楼层之间差别不大。

讨论与分析

由于城市街道社区峡谷自身的性质相对来说比较特殊，因此街道社区峡谷内污染物的扩散除了受污染源源强影响，还和社区街道峡谷周围建筑物的布局和峡谷类型有关。但由于研究目的所限，在此对于污染源等因素不做过多赘述。

建筑物构型及布局关系峡谷气体流动及污染扩散的影响

（1）建筑物构型关系的影响。经有关研究表明，建筑物的宽高比对于峡谷效应作用显著，同时建筑物的高度对于街道社区峡谷污染物的扩散影响最为显著。减小街道社区峡谷两侧建筑物的高度，可以提高街道下垫面的风速，增强污染物扩散能力，从而降低街道社区污染物浓度。在峡谷宽度一定的情况下，街道社区建筑物越高，峡谷越深，峡谷内漩涡数越多，越容易形成稳定的循环气流，在一定程度上提高了污染物的扩散难度。相关的学者模拟了四种建筑物宽高比下开阔地域街道峡谷内部气流场，结果表明，建筑物宽高比（W/H）对于峡谷内部气流场有着非常明显的作用。在建筑物高度一定的条件下，加大峡谷的宽度，以及缩小建筑物的宽度，对峡谷内外空气的交换效果显著，从而有利于街道社区峡谷内空气品质的改善[1]。

（2）建筑物布局关系的影响。建筑物布局对峡谷气流的影响主要体现为上下游建筑物之间的高低差异，即峡谷两边建筑物的对称性上。有相关学者对城市街道峡谷的气流场高度的不同进行了模拟，通过模拟发现峡谷的对称性对峡谷内气流场影响显著。前高后低型峡谷下部为逆时针漩涡，上部为顺时针漩涡，峡谷越深，流场发展得越充分，且峡谷内部墙面存在明显驻点；而前低后高型峡谷只存在一个大的顺时针旋涡，峡谷越深，内部的气流速率越小，而且当深度到达一定时，就会有驻点出现在峡谷内；对称型峡谷内部会形成顺时针漩涡，但强度不大，伴随着峡谷的不断加深，内部结构会发生变化，会形成一顺一反两个漩涡的二元涡流，而且直到峡谷非常深的情况下，才会显现驻点[3]。这就在一定程度上说明，前低后高型峡谷的气流场形式，更有利于污染物的迁移和扩散。

风对峡谷气体流动及污染扩散的影响

通过研究发现，风向对街谷内壁面污染物的浓度分布上，有着较为明显的影响。风向90°时壁面浓度最大，其次为45°风向，其余风向则相对较小[4]。

此外，风速大小同样对城市街道峡谷内污染物的扩散有一定作用。在对燃气管网泄露问题进行研究时发现，风速越大，对燃气的输送作用越强，越有利于污染物的稀释扩散[5]。

“狭管效应”对于雾霾的影响

风速对城市街道峡谷内污染物的扩散有一定作用。同时有研究发现，风速在混合层高度对雾霾天气形成影响较大，PM2.5浓度与混合层高度呈现负相关。因此，由于“狭管效应”，街道社区下垫面的风速提高，可以增强污染物的扩散能力，从而降低雾霾浓度。

建议

针对雾霾天气日渐增多，考虑居住环境的需求，城市建设中，在街道、社区整体规划布局的前提下，可适当开发有一定宽高比和前低后高型的具有“狭管效应”的住宅建筑。

创新点

通过实验设计将分属两个领域的“狭管效应”与高度对雾霾浓度的变化科学有机结合，首次提出社区“狭管效应”对高度与雾霾浓度的关系。

结束语

建筑物的宽高比，是造成“狭管效应”最为显著的因素，街道、建筑物布局和风向风速对峡谷内气流场有着非常大的影响。具有“狭管效应”同时外部气候即风向、风速具备条件时，对社区楼层不同高度的雾霾有一定影响，近地面的区域污染物有利于扩散。没有“狭管效应”的情况下，一般社区高度内雾霾浓度几乎没有变化。

参考文献：