本文档属于类型a（单篇原创研究论文）。以下为针对中文读者的学术报告内容：
一、作者与发表信息
本研究由H.D. Lim（新加坡国立大学淡马锡实验室、英国布里斯托大学土木与航空航天工程学院）和Christina Vanderwel（英国南安普顿大学航空与宇航学院）合作完成，发表于Elsevier旗下期刊《International Journal of Heat and Fluid Flow》2025年第115卷，文章编号109833。数据公开于南安普顿大学数据库（DOI: 10.5258/soton/d2706, 10.5258/soton/d2932）。
二、学术背景
研究领域：湍流扩散模型（turbulent diffusivity models）在环境与工业流体中的应用，聚焦于室外与室内流动中的点源污染物扩散问题。
研究动机：有害空气污染物在公共空间的扩散威胁公共安全与健康，需快速准确的预测模型支持应急决策。现有高斯烟羽模型（Gaussian plume model, GPM）和涡扩散模型（eddy diffusion model, EDM）因简化假设（如各向同性湍流、均匀扩散系数）存在精度不足的问题。
科学目标：通过实验量化湍流扩散张量（turbulent diffusivity tensor）的非均匀性与各向异性，评估GPM和EDM的适用性局限，并提出改进方向。
三、研究方法与流程
1. 实验设计
- 研究对象：
- 室外流动：光滑壁面湍流边界层（turbulent boundary layer, TBL），雷诺数Reτ=2300，模拟地面点源污染物扩散。
- 室内流动：60:1缩比的空房间模型，通风口设计模拟实际送风系统（等效全尺寸换气率ACHfs=1.9 h⁻¹），研究三种不同点源位置（居中、左、右）的扩散特性。
- 实验技术：
- 同步测量：粒子图像测速（PIV）与平面激光诱导荧光（PLIF）联用，获取速度场与浓度场数据。
- 创新校准：采用双浓度标定槽确保PLIF线性响应，联合速度-浓度统计通过线性插值实现数据融合，空间分辨率达0.082 mm（TBL）和0.174 mm（室内）。
2. 数据处理
- 湍流扩散张量计算：基于标准梯度扩散假设（SGDH），通过测量湍流标量通量（*c’v’*）与平均浓度梯度（*∂c/∂y*）反推各向异性分量（如*Dyy*、*Dyx*）。
- 模型验证：将实验数据与GPM（室外）和EDM（室内）的解析解对比，量化假设简化引入的误差。
四、主要结果
1. 室外扩散（TBL实验）
- 湍流扩散特性：垂直湍流标量通量主要由*Dyy*主导，但存在非零交叉分量*Dyx*（贡献占比约10%），证实湍流各向异性。
- GPM局限性：假设各向同性扩散系数（*kgpm*）导致峰值浓度预测偏高3.4倍（图3d）；实际扩散系数随壁面距离变化，需空间依赖的修正。
- 湍流机制：象限分析显示，高浓度波动事件与Q2喷射事件（ejection）强相关（占比45–62.5%），但平均流动平流仍是主导输运机制。
2. 室内扩散（房间模型实验）
- 近源区流场依赖性：点源位置显著影响初始扩散模式（图5a）。靠近通风口的源（TC-R）以平流主导，远离源（TC-M/L）以湍流扩散主导。
- EDM适用范围：仅适用于湍流主导场景（TC-M/L），若平流显著（如TC-R），需引入“总扩散系数”ktotal = kturbulent + *kadvection*（图6c）。各向异性流场中，EDM误差达18%（图5c）。
五、结论与价值
科学意义：
1. 首次通过实验量化了TBL和室内流中湍流扩散张量的空间非均匀性与各向异性，为改进现有模型提供数据支撑。
2. 提出术语区分：基于平流-扩散方程的“湍流扩散系数”（*k*）与基于纯扩散方程的“总扩散系数”（*ktotal*），避免学术歧义。
应用价值：
- 室外模型优化：GPM需引入空间依赖的*kgpm(x,y)*和修正*ugpm*以提升精度。
- 室内模型选择：需根据近源流场特性（平流/湍流主导）选择EDM或GPM，复杂场景需结合计算流体力学（CFD）。
六、研究亮点
- 方法创新：PIV-PLIF同步测量技术联合高分辨率数据融合，实现了湍流标量通量的直接实验观测。
- 理论突破：揭示了各向异性湍流中交叉扩散分量（*Dyx*）的物理影响，挑战了传统各向同性假设。
- 工程指导：明确了EDM在非均匀流场中的参数化策略，为低计算成本模型的实际应用提供准则。
七、其他价值
- 数据公开性：实验数据集开源，支持后续研究验证。
- 跨学科启示：研究结论可拓展至城市微气候、工业通风设计等领域，呼吁多学科协作解决复杂空气质量管理问题。
（总字数：约1,800字）