建筑立面风驱雨气动效应的数值模拟研究

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风驱雨(Wind-Driven Rain,简称WDR)是雨滴在垂直坠落的过程受风力驱动获得水平速度分量从而出现斜向飘落的现象。WDR是建筑外立面最主要的水分来源,直接影响建筑外墙材料耐久性与建筑温湿性能,易引发诸多常见工程问题,如墙面渗水、壁面泛盐、霜冻、风化以及径流污染等,甚至危及结构安全,因此掌握WDR分布特性是深入上述工程问题研究的重要基础。近年来,作为建筑立面WDR分布重要影响因素的气动效应已逐渐成为研究重点,其主要包括单体建筑的风阻效应和群体建筑的气动干扰效应,有针对性地开展有关研究工作,对于科学指导WDR相关领域的研究与设计,有效降低建筑WDR灾害具有重要的理论与应用意义。本文采用基于欧拉多相流模型的CFD数值模拟方法开展WDR气动效应的模拟分析与研究。首先,模拟已有建筑WDR实测场,通过对比分析模拟结果与实测数据,验证CFD数值方法对于单体建筑与具有强烈气动干扰效应的群体建筑WDR场模拟的有效性。其次,针对多(高)层平屋面单体建筑,模拟建筑立面高度与宽度变化时的WDR场,重点分析建筑立面WDR分布特性及立面前区流场的变化特点,获取立面尺寸变化时风阻效应对建筑迎风立面WDR分布影响的规律,并比较ISO半经验模型的预测结果,表明该模型缺乏考虑尺度变化下风阻效应对WDR分布的影响,也未能反映风阻效应引起的迎风立面WDR横向分布变化的特点,因此该模型需要引入尺度性的区域墙因子,从而提高预测精度。最后,针对两建筑串列布局方式,考虑施扰建筑高度及建筑间距变化,模拟不同工况下受扰建筑迎风立面WDR分布,通过与单体布局情况进行比较,重点分析受扰建筑迎面风WDR分布特点及局部区域WDR变化规律,获取该布局变化时气动干扰对受扰建筑迎风立面WDR分布的影响特性,并提出以干扰因子量化反映干扰效应,为完善ISO模型能有效反映组合布局气动干扰对迎风立面WDR分布影响提供参考。本文研究成果可为深入气动效应对建筑立面WDR分布影响研究提供参考依据,并为实际工程的设计应用提供指导。
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