广州典型小区微气候特征观测与数值模拟研究

根据广州下垫面类型和湿热气候特征,选取广州大学城一个小区为试验基地,在典型的晴朗天气条件下,通过实地观测和微尺度数值模式ENVI-met,探讨该地区的微气候特征。数值模式能较好地模拟温度、湿度及流场的空间分布和时间变化特征,结果显示:1模拟区域内不同的下垫面存在高温低湿、低温高湿的现象;2毗邻两栋建筑之间可形成狭管流效应,风速值约为来流风速的1.4~1.7倍;3单体方形建筑物两侧出现角隅大风,阵风风速可达平均风速的2~3倍;4街谷型建筑之间有微弱的街谷涡旋形成,其强度与街谷的几何配置和来流风向有关。     

城市街谷大气环境研究进展

机动车尾气排放不断增加以及城市通风能力降低,常导致城市街谷内的空气污染。城市街谷大气环境主要研究方法包括外场观测、实验室物理模拟和数值计算。外场观测和物理模拟可以考察街谷内污染物的传输扩散规律并对数值模式进行检验,另外,复杂的数值模式则可对城市冠层内大气扩散问题进行详细模拟,数值模拟和外场观测及物理模拟相配合,可用于环境质量评价、污染控制决策及交通规划。重点介绍了近十年内城市街谷大气环境研究的主要成果。     

街谷结构内流场和污染浓度场的数值模拟研究

从三维尺度出发,对6种不同几何尺寸的街谷结构内流场和污染浓度场进行了数值模拟.流场计算模型采用Spalart-Allmaras湍流模型,污染物浓度场采用与流场耦合的对流扩散方程模拟,采用有限元方法离散微分方程.模拟结果表明,街谷结构的几何尺寸对其中流场和污染场的分布有很大的影响.宽度较小,高度较大的街谷结构内流场较复杂,污染物在其中比较不容易扩散.本文对不同街谷结构内流场和污染物浓度场的分布进行了对比分析,对城市规划设计、城市气候以及城市空气质量控制等领域具有重要意义.     

基于ANSYS的热-流耦合分析

根据纳维-斯托克斯运动方程与能量微分方程对同一物体的流场与温度场进行耦合分析,用有限元法模拟研究流场对温度场的影响。     

铝板坯半连续铸造充型过程三维流场与温度场耦合数值模拟

利用CFD商用软件Flow-3d对铝板珏半连续铸造充型过程中流场与温度场耦合作用下的凝固过程进行了数值模拟。分析了铝板坯半连续铸造充型过程中流场和温度场对凝固的影响，得到了流场、温度场的分布图和充型过程中自由表面的位置和形状图。表明合适的浇注速度可形成理想的充型模式和温度分布，避免某些铸造缺陷。     

粉末注射成形一维充填模拟

通过对矩形薄壁型腔的充填问题适当简化,编写程序对温度场及压力场进行一维数值模拟,模拟出了相应的运动前沿,得到了能够反映注射成形复杂流场耦合变化的压力场、温度场数据.     

液态金属充型过程流动与传热数值模拟

根据有限差分法原理,对液态金属充型过程中同时发生的流动与传热过程,用在微小时间段内独立的流动与传热过程近似表示.结合温场数值模拟与流场数值模拟技术,开发铸件成形过程流动场与温度场耦合的数值模拟软件,并利用该软件对标准实验铸件充型过程进行耦合分析.研究结果表明:该方法不需要求解用能量平衡法建立的,考虑了流动对传热影响的复杂方程,有利于提高流动与传热耦合数值模拟的计算速度;自主开发的金属液态成形工艺分析系统的"耦合"计算功能是有效的,且计算精度较高.     

兰州东部地区冬季风场温度场模拟

采用地形追随坐标系下具有 1.5阶精度的三维准静力模式 ,模拟兰州东部地区的风场和温度场 .模式以地转风资料和系留资料为初始输入 ,根据简化的湍流能量闭合方案进行参数化处理 ,运用地表能量平衡方程预报地表温度 ,考虑了地形影响和人工热源作用 .模拟结果与实际观测资料进行对比 ,位温廓线和风速廓线与实际的变化趋势基本一致 ,模拟的地面流场和垂直温度场基本反映出本地区冬季的流场及温度场特征 .模式技巧的统计检验表明该模式的模拟效果较好 .     

铸造充型过程初始温度场的数值模拟及实验研究

对铸造充型过程进行数值模拟是铸造计算机辅助工艺设计的重要内容之一。对铸件充型过程的流场温度场变化及初始温度分布进行了数值模拟研究。在计算方法改进方面，以二维ＶＯＦ方法为基础，提出了一种简单实用的三维自由表面处理技术。用显式热焓法求解能量方程，显著缩短了计算时间。为验证这些计算方法，以灰铸铁试件为例，对其初始温度场进行了重复测试。模拟结果与实测结果吻合较好。     

基于海气耦合模型的渤海湾风暴潮数值模拟

为了更加准确地对渤海湾沿岸的风暴潮进行数值模拟,研究构建了WRF-ROMS相耦合的海气耦合计算模型,耦合模型能在更加真实的动力环境下研究大气与海洋之间的相互作用.耦合过程中利用开源的耦合器和网格重建程序实现了海洋模式和大气模式之间实时的数据交换.基于所构建的海气耦合模型模拟了2003年10月中旬发生在渤海湾的一次典型寒潮.研究表明,海气耦合模型能够较好地模拟出渤海湾风暴潮期间温度场、风场、潮位以及潮流场的变化特征.强冷空气南下所形成的持续偏东大风是引发渤海湾寒潮的主要强迫动力,这是由渤海湾的地形以及岸线分布特点决定的.偏东持续性大风导致的风应力增水作用与天文大潮相叠加容易产生大型风暴潮,给渤海湾近岸地区的社会经济和人民生命财产带来巨大的安全隐患.     

建筑物绕流的环境效应

本文建立了一个适合建筑物绕流等环境流动的可压缩湍流粘性数值模型，并用该模型模拟了单个和多个建筑物的绕流，得出了建筑物问的滞留旋涡、建筑物“热岛”等对环境有很大影响的流谱．     

小型绿化带对城市建筑物周围风场影响的数值模拟

在城市街谷模式的基础上引入叶面指数,对小型林带的防风效应进行模拟、检验,通过实验结果与野外观测值的比较,证明此模式能较为合理的模拟防护林的动力遮蔽效应;将此模式应用于小型绿化带对高大建筑物周围风环境的影响的数值模拟,数值实验证明在城市冠层内,城市小型绿化带对高大建筑物周围行人高度的风场环境影响显著,设置合理的小型绿化带对城市高大建筑物附近风场有良好的改善效果。模拟实验中可见,在3m/s的入流风速下,建筑物侧面的角隅流达5m/s,设置合理的绿化带可使之降低到3.5m/s。     

小型绿化带对城市建筑物周围风场影响的数值模拟

在城市街谷模式的基础上引入叶面指数,对小型林带的防风效应进行模拟、检验,通过实验结果与野外观测值的比较, 证明此模式能较为合理的模拟防护林的动力遮蔽效应;将此模式应用于小型绿化带对高大建筑物周围风环境的影响的数值模拟,数值实验证明在城市冠层内,城市小型绿化带对高大建筑物周围行人高度的风场环境影响显著,设置合理的小型绿化带对城市高大建筑物附近风场有良好的改善效果。模拟实验中可见,在3m/s的入流风速下,建筑物侧面的角隅流达5m/s,设置合理的绿化带可使之降低到3.5m/s。     

城市街道峡谷二维空气流场的数值计算

用标准κ-ε模型计算了不同高宽比街道峡谷的内部流场,并将计算结果与风洞试验数据及前人的雷诺应力湍流模型研究结果进行了对比.计算表明:随着高宽比的增加,峡谷内旋涡数增多,易形成独立的稳定的循环气流,污染物会比较难扩散.峡谷内建筑物墙面附近气流垂直速度的曲线上有驻点出现,峡谷达到一定深度后,并开始出现第2个驻点.     

圆柱绕流远场涡对的数值模拟

基于离散涡方法求得非定常、不稳定流场,数值模拟了三种不同时刻高雷诺数下圆柱绕流结构的发展,从流谱图、等涡量线图和涡谱图可以清晰地看出从近场的初生卡门涡街,过渡到远场的二次涡街的过程,计算结果发现：远场离散涡有形成二个涡的涡对及三个涡的涡对的趋势,计算结果说明了流体运动中涡对结构的本质：由于来流是均匀的,没有加入任何拔动,当流体流过钝体时产生具有剧烈分离的不稳定流动,因此在远场形成的二次涡对及卡门涡     

基于建筑能耗特征的城市建筑碳减排研究——以深圳市为例

使用DeST模型, 对深圳市典型民用建筑类型的能耗进行模拟, 归纳出各类型建筑能耗的时空特征。结果显示: 深圳市各类民用建筑能耗特征表现出较大的时空异质性, 居住建筑的单位面积能耗小, 但总量大; 商业建筑虽然数量相对较少, 但单个建筑体量大, 且单位面积能耗大, 因此总量不容忽视; 办公建筑对模型参数变化最敏感, 节能潜力大。结合深圳市“十三五”发展规划, 对深圳市建筑碳减排策略提出以下建议: 1) 全面打造智慧城市, 建立、健全建筑能耗监测体系, 更科学地管理能耗行为; 2) 全面普及绿色建筑, 在对新建民用建筑全面执行绿色建筑标准的同时, 重视老建筑的节能改造, 根据不同类型建筑的能耗特征, 分别采取部分改造、拆除重建、优化房间组合以及提高能耗效率等措施。     

基于心理场场强模型的路段行人过街安全措施

从心理学的角度分析了不同行人过街时的交通心理及其行为特点,运用物理学中场论的方法,结合对过街行人的心理分析,将行人过街时心理上的受力进行量化,建立了行人在路段过街时的心理场场强模型。通过模型可以得出行人与车辆间的安全场强。将心理场模型运用于对重庆市回龙路三处地点进行案例分析。结果表明,对行人进行心理受力分析可以为过街设施的改进提供基础。     

基于ANSYS的土坝渗流分析及其应用

利用热传导和水渗流原理的相似性,采用ANSYS软件提供的热分析模块,开发编制了以总水头为因变量的多孔隙介质的饱和．非饱和渗流程序。该程序可用来模拟复杂渗流场,而且能够检查每一迭代过程的计算结果并查看收敛过程。应用该软件建立了崂山水库粘土斜墙坝模型并进行渗流计算。仿真结果表明,基于ANSYS热分析模块能够进行复杂渗流场的仿真计算,计算结果直观、真实。