城市小区环境流场及污染物扩散的风洞实验研究

介绍了一次有关城市小区环境流场和污染物扩散规律的风洞实验研究．实验以位于北京市东南部的方庄小区为研究对象，以1：250的缩尺比在南京大学MU环境风洞中建立模型并进行实验．实验包括：小区气流分布测量、小区空气污染物浓度分布测量、建筑物周边气流分布测量、建筑物周边空气污染物浓度分布测量．实验结果表明：小区内水平流场分布受不同高度建筑物影响，但风速垂直分布总体上仍符合幂指数律．小区内污染物分布亦受到建筑物及环境风速大小的影响．单体建筑物流场试验结果清晰显示了气流遇建筑物后的抬升翻越过程，以及街渠内的抽风效应，该效应可使街渠内风速达到来流的2～3倍．单体建筑物污染物分布试验结果显示随着离源的距离增大污染物浓度逐渐减小，其垂直分布仍符合地面源排放的扩散分布形式，实验结果与实际观测结果相比较为接近．相应数值模拟结果与风洞实验结果进行比较表明：两的气流和污染物浓度分布除个别有差异外，总体上相当吻合．     

关于住宅小区风环境的数值仿真

由于建筑间强烈的气动干扰,住宅小区的绕流风场异常复杂。为避免因建筑排列方式不当而导致不良风环境的出现,需要在规划阶段对风环境进行预测并优化方案。结合某一住宅小区风环境的研究,采用以k-εRNG湍流模型封闭控制微分方程的时均数值模拟方法,模拟了该小区在夏、冬季节主导风向下的绕流风场,针对风速场及风压场的模拟结果,分析评价了该小区的风环境。模拟表明,数值方法预测小区的风环境可以为优化规划方案提供科学依据。     

高层建筑烟囱效应及风压联合作用的模拟研究

采用多区域网络模型数值模拟方法,结合风洞试验和CFD数值模拟结果,对一栋340 m超高层建筑的烟囱效应及风压联合作用问题进行了模拟分析.研究发现:1)纯烟囱效应导致的建筑内部电梯与室外压差曲线为线性分布,符合理论分布规律;随风速增大,电梯与室外压差分布逐渐受到风压主导,压差分布曲线由线性转向非线性,风速越大效应越显著.2)建筑中性面位置受风速影响较小,密闭性较差的避难层对避难层电梯以及上下层电梯的压差分布影响明显.3)不同风向对烟囱效应压差表现出不同的作用:在冬季高频风向ENE下,整体上风压抑制热压;而在风向为N时,风压增强热压;在夏季高频风向ESE下,避难层以外楼层风压抑制热压,避难层风压增强热压.4)提高幕墙密封等级及增加电梯前室门阻隔单元等措施,可有效缓解烟囱效应过大压差.     

建筑布局对空间舒适性影响的数值模拟

采用RNGk-ε湍流模型对某培训中心建筑群的环境风场和压力场进行数值模拟.结果表明,考虑了季节主导风向的半围合式布局设计,有效地保证了夏季通风和冬季保暖,有利于学员户外运动;建筑物迎、背风面压差随高度变化呈现明显的差异,一些楼层的角隅处需要辅助通风手段改善室内空气品质.结合风速、风压、空气龄等指标分析建筑环境的舒适性,对建筑风环境的改善及建筑节能有一定的参考意义.     

长春市高校学生宿舍建筑风环境数值模拟研究

以长春市高校学生宿舍为例,利用CFD模拟软件Fluent,对不同布局形式的长春高校学生宿舍建筑群体进行数值模拟与分析。通过计算机模拟,从风速比、风速分布、风压分布角度出发,对风环境做出整体评估并提出可行的改进措施。     

基于太阳光紫外线和风环境模拟的武汉雷神山医院防疫工作规划分析响应

利用网络开放数据、Auto CAD 2008、众智日照分析7.5、PHOENICS 2011建立雷神山医院及周围一定范围内建筑三维模型，实现太阳光紫外线和风环境仿真模拟并进行叠加分析，为建立防控预警机制奠定基础。结果表明：该医院整体室外地面高度处太阳光紫外线日照环境较好；冬季和春季工况下隔离医疗区室外人行高度处整体风速欠佳；医护生活区和综合后勤区冬季工况下风速利于污染物自然消散，春季欠佳；冬季和春季工况下医护生活区和后勤保障区建筑表面风压差整体有利于室内自然通风；因此仍需做好日常清洁消毒和重点防疫工作，并建议对病毒进行室外检测。     

建筑室外风环境数值模拟的湍流模型比较

对日本建筑学会提供的室外无污染物扩散和有污染物扩散的建筑风洞实验模型,采用15种湍流模型分别求解其室外流场,通过模拟结果与风洞实验结果的对比分析,确定建筑室外风环境数值模拟所用的最优湍流模型.结果表明,Suga三次式高Re k-ε模型对风场和浓度场的求解具有很高的精度,是最优的模拟室外风环境的湍流模型,不足之处是该模型...     

稳态冲击风作用下高层建筑风荷载特性试验研究

雷暴冲击风风场与大气边界层风场差异较大.为研究雷暴冲击风作用下高层建筑风荷载特性,采用静止型冲击射流装置模拟稳态雷暴冲击风风场,进行高层建筑刚性模型测压试验,讨论了不同径向位置处高层建筑局部和整体风荷载时域和频域特性.结果表明:建筑表面平均风压最大值出现的位置与径向风速峰值一致.同时,迎风面风压最大值出现在底部,明显不同于大气边界层风场中最大值靠近顶部位置的风压分布特性;径向层风荷载均值最大值出现在建筑中部,横风向和扭转向层风荷载均值为0.径向和横风向层风荷载谱沿高度不变,而扭转向层风荷载谱沿高度变化明显.     

内置格栅诱导通道的太阳能通风墙性能

提出一种利用太阳能和风能实现室内自然通风的新型内置格栅诱导通道的太阳能通风墙模型,通过三维数值模拟研究在不同室外风速和太阳辐射强度下结构参数对其通风性能的影响.结果表明,内置格栅诱导通道可以有效利用室外风形成对太阳能通风墙主通道内气流的诱导作用而强化自然通风;该太阳能通风墙通风量随格栅间距与格栅高度比值的增加先增大后减小,存在最佳比值使通风量最大;随着风诱导通道宽度与主通道宽度比值的增加,不同室外风速下的通风量均呈先增大后减小的变化趋势.     

基于一种标准城市建筑模型的行人高度风环境比较研究

对日本建筑学会（AIJ）提出的标准建筑风环境模型,分别采用风洞试验、基于雷诺平均（RANS）和大涡模拟（LES）的数值模拟方法,开展了考虑不同中央高层建筑高度和来流风向角对周围行人高度风环境影响的详细比较研究。结果表明：RANS和LES模拟得到各测点风速比的变化趋势与风洞试验整体上一致,相对而言,LES模拟结果与风洞试验结果更接近,平均误差约为RANS的1/2;而RANS方法总体上低估了行人高度风速,无法准确反映建筑背风面的风加速状况。随着中央建筑高度的增加,周边行人高度风速逐渐增大,100 m高度的超高层建筑对局部区域风速的加速达到1.6倍;但当中央建筑高度超过150 m、继续增大至200 m时,行人高度风速不再增大。当风向角在0°～90°范围变化时,在高层建筑背风面和角区附近会产生行人高度风场加速的“文丘里效应”;其中当来流风向角为45°时,风加速情况最为显著,显示出斜风来流工况下会对高层建筑周边行人风环境带来最不利的影响。     

大跨悬索桥Π形加劲梁处风参数实测与风攻角修正

以一座已建的大跨悬索桥为工程依托，基于现场实测与计算流体动力学（Computational Fluid Dynamics， CFD）方法研究Π形加劲梁断面气动外形对桥面高度处实测风参数的影响，并提出实测风攻角的修正方法. 进行为期5个月的桥面高度处风速和风攻角现场实测，分析风参数沿桥轴线的分布规律，并比较了桥面高度处迎风侧与背风侧风速仪实测的风速和风攻角；采用计算流体动力学方法模拟气流流经静止加劲梁断面的流场，研究来流风攻角和风速对风速仪安装在加劲梁不同位置处风参数的影响；结合数值模拟结果，通过函数拟合得到Π形加劲梁断面风速仪实测风攻角的修正公式. 结果表明：实测风速在大桥主跨范围内较为接近，且边跨风速相较于主跨风速偏小；现场实测得到的迎风侧风攻角明显大于背风侧，两侧风速基本一致；迎风侧与背风侧的风参数数值模拟结果与现场实测具有一致性，主梁绕流对距主梁20 m范围内的风攻角监测结果均存在一定影响. 通过本文建立的风攻角修正方法，可以根据迎风侧风攻角的实测值得到较为合理的风攻角修正结果.     

重檐歇山顶中国古建筑风压与风场数值模拟分析

运用ANSYS Fluent软件并引入Renormalization-group k-ε湍流模型,以北京天安门城楼复杂形体为对象,数值计算分析重檐歇山顶式古建筑的风压与风场特性,揭示了不同风向角下建筑风压与风场的变化规律,开展了城楼城台封闭和城台开敞、曲面斜坡屋面和直线斜坡屋面等对建筑风压和风场的影响.研究表明,风向角对建筑屋面和重檐风压分布影响显著;城台开敞可降低建筑周围整体气流流速,减小屋面和重檐的负风压;直线斜坡可降低屋面与重檐处气流速度,但将增大重檐间区域的气流速度.给出了无周边遮挡建筑物情况下重檐歇山顶古建筑的风荷载体型系数,可为此类古建筑的抗风设计提供技术参考.     

不同气象条件小区通风与污染物扩散模拟

利用三维微尺度气象模拟软件ENVI-met,对广州市海珠区中山大学小区冬夏季水平和垂直流场特征以及污染物扩散情况进行了模拟研究,并通过实地观测CO质量浓度进一步检验了模拟结果。研究表明,ENVI-met适用于模拟街区尺度近地面污染物的分布特征,研究区域内存在角隅大风、气流爬坡滑坡及回流等显著特征,由此造成的污染物在不同区域和高度形成高低质量浓度区。当来流与街道峡谷平行时,在风速辐合区形成污染物高值区;当来流与街道峡谷垂直时,存在2种情况:对于独立建筑物和上风向建筑低于下风向建筑的街道,存在与来流反方向风分量,导致街道背风一侧为污染物高值区;而对于上风向建筑物高于下风向建筑物的街道,低层气流方向相同,街道中东部为高污染区。街谷中垂直扩散效率,上风向建筑物低的路段最好,其次为上风向建筑高的路段,独立建筑物的路段最差。研究结果对于城市小区的规划设计布局具有实际借鉴意义。     

浙江西部传统民居的生物气候设计

浙江西部传统民居经过长期的历史演变,形成了一系列应对气候条件的建筑形态特征.从生物气候的设计角度分析了浙西传统民居的形态、组合、色彩、材质等,并以诸葛村为例,通过实地社会调查和在夏季极端气候条件下实际测量室内外的物理环境,对民居的室内环境进行分析.结果表明,因民居的天井与一层堂屋连通成为耦合空间,且天井的高度与面积较小,致使风压和风速不大,导致通风效果不佳.但民居室内环境仅在13:00~14:00间有持续1 h温度偏高外,其他时间段内室内环境还较为舒适.浙西传统民居的设计者在采用某些气候设计措施后,延长了室内的舒适时间,提高了室内的舒适程度,表明传统的气候设计措施在现代民居的设计中有必要传承与拓展.     

商业街区可吸入颗粒物空间分布及其气象要素的相关性

目的研究沈阳市太原街商业街区可吸入颗粒物与湿度、风速等主要气象要素的相关性及其在不同水平截面和垂直断面处的分布规律.方法以太原街多时相监测数据为基础,采用SPSS Statistics分析了街区可吸入颗粒物平均质量浓度与湿度、风速等气象要素的相关性,采用Fluent软件,模拟街区内不同水平截面与不同街道断面的流场与颗粒物浓度场.结果商业街区可吸入颗粒物质量浓度变化在一定阈值范围内与湿度正相关与风速负相关.街道两侧建筑由于高度、形态与密度差异,形成了不同特性的街谷局部流场,对可吸入颗粒物扩散效果具有较大影响.结论在建筑容积率一定的情况下,通过调整裙房的屋顶形态及其与高层建筑的组合关系,能够改善可吸入颗粒物的扩散效果.     

基于CFD的玻璃温室环境数值模拟及优化分析

为进一步研究和优化玻璃温室内部气流场及温度场的分布,基于计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)对东北地区玻璃温室内部气流场进行三维建模数值分析,分析得出内部速度场、温度场的分布模式,并针对温室内部气流分布情况提出3种结构优化策略。模拟结果表明:监测点处的气流速度及温度的平均相对误差分别为5.54%、4%,数值模拟结果与试验测试结果吻合度较高。3种优化方案结果均优于初始方案,其中通过分析得出方案三将暖风扇置于离地0.7 m处的为最佳方案,植物区域处于最适风速的部分增加了50%,气流均匀性最好且平均温度为23.49℃,有效改善了温室内环境并使其更加适宜植物的培养。     

基于多尺度耦合的城市小区风环境大涡模拟研究

随着生活水平的不断提高,人们对小区的居住舒适度有了更高的要求,然而风环境作为城市舒适度的重要评价指标,目前对其研究还存在明显的不足.为揭示城市小区风场的详细分布规律,本文以长沙梅溪湖国际新城为研究对象,利用WRF与CFD软件多尺度耦合的手段,对不同来流作用下梅溪湖小区风环境进行了数值模拟,实现了城市小区风场数值模拟入口边界条件的精细化研究.研究结果表明:地表粗糙度是引起局部风场复杂多样的主要原因;小区风场受局部地物地貌的影响较大,在建筑群的背风侧风速较低,迎风侧风速较大;不同风向角条件下,风速大小受地形影响较大,且在超高建筑群附近,风速容易发生加速效应.     

数值模拟引导的低矮建筑风压系数规范比较研究

采用基于RANS的SST(Shear Stress Transport)k-ω湍流模型对不同屋面坡角下双坡屋顶低矮建筑的表面风压及周围定常风场进行数值模拟,深入分析了坡角对结构周围流场及其表面风压的影响.在理解建筑周围流场结构的基础上,对中美澳3国风荷载规范中关于封闭式双坡屋顶低矮建筑主体结构的相关规定做了详细比较.结果表明,采用SSTk-ω模型结合适当的边界条件,可较准确地预测结构表面平均风压系数及周围定常流场;分析建筑周围流场结构有助于理解并对比分析规范中的相应规定.通过规范比较可知,中国规范相对简单,美澳规范则较为详细的考虑了屋面坡角、建筑长宽比、气流分离及再附着等因素对风压系数的影响.最后,结合数值模拟的结论,给出中国规范相应规定的细化建议.     

散热器上方颗粒物浓度与环境参数的相关性研究

为了探索散热器上方热气流影响下的颗粒分布规律,为室内颗粒物的控制提供理论基础,用Grimm1.109系列粉尘监测器对西安42处散热器上方及远离散热器的室内环境中的颗粒物浓度进行了测试,并使用TSI8386A-M-GB风速计测量了测点处的温度、相对湿度和风速。基于测试结果,采用SPSS20.0软件对散热器上方的颗粒物浓度与环境参数之间的相关性进行了分析。分析结果表明:室内环境中的颗粒物浓度、气流温度、相对湿度和风速均对散热器上方的颗粒物浓度有不同程度的影响。     

风电机组塔筒结构绕流风场的数值模拟研究

为研究风电机组塔筒结构的气动力特性,基于ANSYS软件,建立了塔筒结构的简化模型并对其进行绕流风场的数值模拟分析,主要探讨了塔筒结构表面风压分布特征,风场风速、湍流度及不同高度比对塔筒表面风压分布的影响.结果显示,圆锥塔筒结构背风面在绕流作用下沿高度方向由上向下形成连续几个回流区,导致背风面受到正压作用;不同风速只有对塔筒背风表面压力大小有较之明显影响,而对塔筒迎风面及侧风面压力大小影响很小;湍流强度对模型表面风压系数大小有不同程度的影响,随着湍流强度的增加,模型侧面(大部区域)、背风表面的压力绝对值相应减小;不同高度比对模型表面风压分布有显著影响.研究结论可为风力发电机塔筒结构的设计提供参考.