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摘 要：本文利用FLUENT软件对建筑布局为行列式和错列式的住宅小区风场进行模拟，通过分析这两种建筑布局下行人高度处（Z=1.5m）风场风速的分布情况，得出这两种建筑布局对住宅小区风环境的影响，从而对实际的建筑规划起到一定的指导作用。
关键词：FLUENT；住宅小区；建筑布局；风环境
1 数值模拟机理
1.1 建立物理模型和选取数学模型
本文选取行列式和错列式两种建筑布局，住宅小区中每栋建筑的长、宽、高分别为40m、15m、50m。本文选取正北作为主导风向，由《城市居住区规划设计规范》规定知，南北朝向的楼间距为楼层高度的 0.7 倍，即35m。东西朝向为0.4 倍，即20m。两种布局见图1。
住宅小区的风场一般为低速、不可压缩的湍流，而数学模型中标准k-ε模型在低速湍流中被广泛应用，因此笔者选择标准k-ε模型。其控制微分方程如下：
上式中，μt表示湍动黏度；ε表示耗散率；Cμ表示经验常数；k表示湍流动能；σε与σk表示ε 和k 相对应的Prandtl 数；σk、σε、Cμ、C1ε、C2ε表示模型常数，其取值分别为σk=1.0，σε=1.3，Cμ= 0.09，C1ε=1.44，C2ε=1.92。
1.2 计算域的确定
由于住宅小区室外风场作用范围较广，因此模拟过程中应选择较大的计算区域，但计算区域太大，会增加模拟的计算成本，而计算区域太小则会导致模拟的计算结果失真。因此合理的选择计算区域十分重要。Chang等人发现，建筑风环境模拟过程中模拟的建筑模型距计算区域边缘至少是建筑模型高度的5倍时，计算的结果更准确。所以笔者选取的计算区域的长、宽、高分别是700m、650m、250m。
1.3 边界条件及网格划分
1.3.1来流面边界条件
考虑到地表的摩擦作用，风速随着距地表的距离减小而减小，为使模拟尽可能接近实际，必须考虑风速与距地表高度的关系。因此模拟过程中来流面风速与高度的关系如下：
上式中：U（Z）表示高度为Z的任意高度处风速，U（Z0）为高度为Z0的参考高度处风速，α为表征地表粗糙程度的参数，取α=0.333。为了模拟方便，选择Z0=10m，U（Z0）=2.5m/s。
1.3.2出流面边界条件
由于出流边界上的速度与压力均未知，因此可选择自由出流边界条件。
1.3.3计算域的壁面、顶面、底面及建筑物各壁面的边界条件
计算域的壁面统一视为墙体，顶面、底面及建筑物各壁面均采用无滑动边界条件。
住宅小区风环境模拟的网格划分为了满足灵活性和适应性，笔者采用了三角形非结构网格。由于行人高度Z=1.5m 处的流场是本文着重研究的区域，所以网格的划分选择由密到疏且按照一定的比例增加的划分形式。
2 数值模拟结果分析与结论
通过FLUENT软件的模拟，得出行列式和错列式这两种建筑布局中行人高度处（Z=1.5m）风速的分布情况如下图1所示。
由图1可知，两种布局中风速最大区域均在来流入口1、2、3三栋前排建筑处，风速最小的区域均在7、8、9三栋后排建筑处。在行列式布居中第5栋建筑迎风面和背风面的风速明显大于错列式布局中第4或5建筑的迎风面和背风面的风速，这是因为错列式布局中第4和5栋建筑的迎风面未完全被前排建筑遮挡，受到了建筑1、2、3之间的巷道风作用。对比两种布局中各建筑水平间隙的风速可知，两图中均产生了较强的巷道风。图1行列式中的巷道风的风速明显比错列式的大，这是由于行列式布局中的巷道无遮挡物，而错列式中巷道风吹向建筑4和5时被阻挡，改变了风向，对强风进行了缓沖。但也由于建筑4和5的遮挡，导致了错列式布局中建筑7、8、9周围的空气流动性差。
因此为了实现对建筑的合理规划，在选择行列式布局的住宅小区应在巷道处设立一些遮挡物，以求达到减弱巷道风的目的。在选择错列式布局的住宅小区，为避免后排建筑间空气流动性差，适当加宽建筑4、5之间的间距，让建筑对巷道风的遮挡作用减小。
参考文献：
[1] Chang C H，Meroney R N.Concentration and flow distributions in urban street canyons：wind-tunnel and computational data[J].Journal of Wind engineering and industrial aerodynamics，2003，91：1141-1154.
作者简介：
蒲增艳（1994-），女，汉族，甘肃天水人，硕士，研究方向：室内空气品质。
关键词：FLUENT；住宅小区；建筑布局；风环境
1 数值模拟机理
1.1 建立物理模型和选取数学模型
本文选取行列式和错列式两种建筑布局，住宅小区中每栋建筑的长、宽、高分别为40m、15m、50m。本文选取正北作为主导风向，由《城市居住区规划设计规范》规定知，南北朝向的楼间距为楼层高度的 0.7 倍，即35m。东西朝向为0.4 倍，即20m。两种布局见图1。
住宅小区的风场一般为低速、不可压缩的湍流，而数学模型中标准k-ε模型在低速湍流中被广泛应用，因此笔者选择标准k-ε模型。其控制微分方程如下：
上式中，μt表示湍动黏度；ε表示耗散率；Cμ表示经验常数；k表示湍流动能；σε与σk表示ε 和k 相对应的Prandtl 数；σk、σε、Cμ、C1ε、C2ε表示模型常数，其取值分别为σk=1.0，σε=1.3，Cμ= 0.09，C1ε=1.44，C2ε=1.92。
1.2 计算域的确定
由于住宅小区室外风场作用范围较广，因此模拟过程中应选择较大的计算区域，但计算区域太大，会增加模拟的计算成本，而计算区域太小则会导致模拟的计算结果失真。因此合理的选择计算区域十分重要。Chang等人发现，建筑风环境模拟过程中模拟的建筑模型距计算区域边缘至少是建筑模型高度的5倍时，计算的结果更准确。所以笔者选取的计算区域的长、宽、高分别是700m、650m、250m。
1.3 边界条件及网格划分
1.3.1来流面边界条件
考虑到地表的摩擦作用，风速随着距地表的距离减小而减小，为使模拟尽可能接近实际，必须考虑风速与距地表高度的关系。因此模拟过程中来流面风速与高度的关系如下：
上式中：U（Z）表示高度为Z的任意高度处风速，U（Z0）为高度为Z0的参考高度处风速，α为表征地表粗糙程度的参数，取α=0.333。为了模拟方便，选择Z0=10m，U（Z0）=2.5m/s。
1.3.2出流面边界条件
由于出流边界上的速度与压力均未知，因此可选择自由出流边界条件。
1.3.3计算域的壁面、顶面、底面及建筑物各壁面的边界条件
计算域的壁面统一视为墙体，顶面、底面及建筑物各壁面均采用无滑动边界条件。
住宅小区风环境模拟的网格划分为了满足灵活性和适应性，笔者采用了三角形非结构网格。由于行人高度Z=1.5m 处的流场是本文着重研究的区域，所以网格的划分选择由密到疏且按照一定的比例增加的划分形式。
2 数值模拟结果分析与结论
通过FLUENT软件的模拟，得出行列式和错列式这两种建筑布局中行人高度处（Z=1.5m）风速的分布情况如下图1所示。
由图1可知，两种布局中风速最大区域均在来流入口1、2、3三栋前排建筑处，风速最小的区域均在7、8、9三栋后排建筑处。在行列式布居中第5栋建筑迎风面和背风面的风速明显大于错列式布局中第4或5建筑的迎风面和背风面的风速，这是因为错列式布局中第4和5栋建筑的迎风面未完全被前排建筑遮挡，受到了建筑1、2、3之间的巷道风作用。对比两种布局中各建筑水平间隙的风速可知，两图中均产生了较强的巷道风。图1行列式中的巷道风的风速明显比错列式的大，这是由于行列式布局中的巷道无遮挡物，而错列式中巷道风吹向建筑4和5时被阻挡，改变了风向，对强风进行了缓沖。但也由于建筑4和5的遮挡，导致了错列式布局中建筑7、8、9周围的空气流动性差。
因此为了实现对建筑的合理规划，在选择行列式布局的住宅小区应在巷道处设立一些遮挡物，以求达到减弱巷道风的目的。在选择错列式布局的住宅小区，为避免后排建筑间空气流动性差，适当加宽建筑4、5之间的间距，让建筑对巷道风的遮挡作用减小。
参考文献：
[1] Chang C H，Meroney R N.Concentration and flow distributions in urban street canyons：wind-tunnel and computational data[J].Journal of Wind engineering and industrial aerodynamics，2003，91：1141-1154.
作者简介：
蒲增艳（1994-），女，汉族，甘肃天水人，硕士，研究方向：室内空气品质。