考虑大气分层的城市风环境仿真研究

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近年来,城市建筑密度不断加大、建筑形式各异、空间布局多变,对城市风环境造成的影响不可小觑。城市作为人口活动最密集的地区,其通风、人体舒适度、城市风能评估等一系列问题显得尤为突出,因此准确、高效地模拟实际城市风场十分重要。目前,针对城市风场模拟的研究均未考虑大气分层作用,同时城市建筑建模效率过低,基于此,本文将对基于自动建模的城市风场模拟展开研究。
  本文主要开展基于考虑大气分层的城市风环境仿真研究。首先采用自编程序基于谐波合成法生成符合目标特性要求的脉动风速时程;然后对单个建筑在不同大气稳定分层条件下进行LES(LargeEddySimulation,大涡模拟)数值模拟,研究了大气稳定分层对单个建筑周围的流场特征和湍流结构的影响;接着对多个建筑在不同大气稳定分层条件下进行LES数值模拟,探究了气体稳定分层和建筑密度对建筑周围流场的综合影响;最后提出了一种非直接建模方法,验证了其可靠性,并以部分实际城市建筑为例,开展了大气分层下基于该方法的实际城市风环境CFD(ComputationalFluidDynamic,计算流体力学)仿真。
  研究结果表明,气体稳定分层数K对单个建筑周围流场影响十分显著,气体稳定分层效应存在对顺风向和横风向风速均有增大效果,K值越大增幅越明显;同时K小于或等于2时,竖向风速和脉动受到抑制作用,反之受到增大作用。理想建筑群体间的风场受到气体分层数和建筑密度的综合影响,当气体分层数K小于或等于2时,建筑密度增大会导致建筑之间的顺风向风速明显减小,但其对建筑间的横风向风速的影响并不明显;同时,建筑间竖向风速会随着建筑密度增大而增大。本文提出的非直接建模方法能够高效地运用于实际城市建筑风环境仿真研究。
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