基于实际峡谷地形的近地风场特性研究

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我国地理环境复杂,66%的陆地是山区。随着我国城镇化进程的快速发展,在山区进行建筑规划和建设已经成为必然要求。特殊的山体地貌对过山气流的风速、风压和湍流结构等风场特性有较大影响,近地层的风场会呈现与平原地区显著不同的分布特性,对建筑结构的风荷载作用也呈现复杂多变的特点。而目前国内的研究主要集中在简单山体模型(二维或三维理论模型)对山区风场特性的影响,对实际工程应用的指导性有限,对实际复杂山体地形下风场特性的相关研究还很缺乏,因此系统深入地研究实际地形下的风场变化规律具有重要的理论和工程实践意义。本文通过CFD数值模拟技术和现场实测相结合的方法,以宁波市裘村镇黄贤村这一实际峡谷地形为对象,对峡谷地形内的近地层风场特性进行了系统的研究,主要内容如下:(1)针对裘村镇黄贤村这一实际峡谷地形,采用数字建模方法,实现复杂山体的三维曲面建模,实现地形高程数据与CFD计算模型之间的转化。(2)采用基于计算流体动力学的数值模拟方法,对三维峡谷地形的近地层风场特性进行八个工况的数值计算,探讨来流风速、来流风向角、地形走势、山体坡度、山间距离、谷口尺度等因素对峡谷风平均风剖面、湍流结构的影响,得到了峡谷地形内各测点风速剖面和湍流强度的变化规律,系统分析了近地层风场的速度分布特点,结合当地的主导风向,从抗风减灾的角度提出峡谷地形内建筑微观选址建议。(3)对峡谷地形内典型位置进行现场实测工作,通过分析风场实测数据,总结风场特性的分布特点和变化规律,并将其与对应风向角和风速工况的数值计算结果进行对比,分析两种途径下风场特性的异同点和产生的原因,为峡谷地形风特性的研究提供参考。
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