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．     

基于风环境模拟与优化的滨海居住区规划设计

目的研究居住区规划中风环境对人体舒适度和绿地释氧的影响,并以此优化园区空间布局.方法将风环境模拟技术引入滨海居住区的规划设计中,基于CFD(计算流体力学)模型,应用AIRPARK软件对居住区的风环境进行模拟与分析,并模拟了与建筑物呈不同夹角风向下的绿地释放氧气的扩散范围.结果夏季,能够充分利用风压差,排除整体余热,实现自然通风的冷却效应;冬季,高层建筑有效地阻挡了东北方向冷风侵入,降低通过风的强度与速度,使居住区内的风环境达到相对舒适状态.在局部风场的影响下,居住区实际的绿地位置与其释放氧气的扩散范围存在空间差异性.结论风环境预测提高了城市空间规划布局的科学性,对降低可吸入颗粒物扩散、缓解城市热岛效应、提升城市空间环境质量具有重要意义.     

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。     

室外风环境CFD模拟在小区规划建设中的应用

利用计算流体力学（CFD）方法,建立了典型住宅小区风环境的物理和数学模型,对处于设计方案阶段的该小区利用PHOENICS模拟软件进行计算机数值模拟,对不同方案的小区内空气速度场、压力场、温度场以及空气龄进行分析,并且以此为依据,得到一个小区内气流组织和节能方面的最优方案。结果证明采用计算流体力学的方法并借助于商业软件PHOENICS可实现对建筑小区风环境的模拟,其对建筑小区风环境的优化设计有一定的指导意义。     

群体建筑风环境的三维数值模拟及分析

针对城市建筑物分布对人类活动风环境评价困难问题,引入数值模拟方法。对某大学校园局部建筑物群建立三维分析模型,分别应用三维湍流κ-ε方程中Standard湍流模型、KNG湍流模型和Realizable湍流模型,计算了2m以下人类活动环境的风场,并与实际测量的建筑物风环境数值相比较,最终得到三种模型类型,均能满足工程计算精度要求;但相对而言,在建筑物拐角之处,由Realizable湍流模型计算出来的风场更能接近实际。     

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.     

基于RBC理论的建筑物三维模型

在三维城市模型中，建筑物三维模型的表达是最为关键的主体部分，然而，由于建筑物空间形态的多样性与复杂性，目前对其模型建立方法仍缺乏基本的共识．基于部件的识别（Recognition by Components，RBC）是有关复杂物体如何分解为可识别的基本几何单元（体元）的理论．文中基于这一理论，讨论了该理论在建筑物模型的可识别性、标准性以及快速建模中的意义，并在此基础上重点研究了构成建筑物三维模型的基本几何单元的构成与分类，以及复杂建筑在不同细节层次下的模型构建。     

某住宅小区风环境优化设计

住宅小区作为城市中人们最重要的生活空间之一,它的舒适性与人们的生活质量息息相关,住宅小区风环境是城市居住空间品质和居民生态质量的重要评价指标.针对行列式、错列式、斜列式、点式4种典型的城市住宅小区布局形式,采用Sketchup软件建立96种不同参数的数值模型后通过计算流体力学软件进行了三维流场模拟,并以此为依据研究了建筑参数、气象参数、布局参数对典型城市住宅小区风环境的影响.     

高架桥对城市街谷风环境的影响研究

城市风环境是城市居住空间品质和居民生态质量的重要评价指标.研究表明,城市高架桥对周边既有建筑的室外风环境具有明显影响.以影响空气污染物扩散的无风区面积比例、影响室外活动区域舒适度的风速放大系数为指标,街谷高宽比、高架桥高度、跨线高差为变量,基于计算流体力学模型,模拟分析了高架桥跨线节点及街道沿线的风环境变化规律,为以环境控制为目标的高架桥建设提供了前期规划及设计依据.     

城市居民小区居住舒适性精细化评价

城市居住单元是自然环境与人类社会经济活动的综合体,现阶段,高密度居住区域是中国城市居住单元发展的主要方向,而居住区的居住舒适性又是最重要的关注点.围绕着生态适应性原则和人性原则,首先了解了居住单元的关键概念及其涉及的关键要素,对以后发展的重要意义;然后结合层次分析法(AHP),构建了关于居住单元精细化分析的评价指标体系.该体系分别从小区建筑物内部居住环境、小区建筑物外部居住环境、小区内部支撑环境3个方面的20个基本指标,对建筑物和小区内部居住环境进行精细化挖掘.探讨居住单元的精细化空间特征,为居民购买住房提供了一些思路.     

高层建筑形状及布局对城市街区 行人风环境影响研究

基于风洞试验和计算流体动力学方法(Computational Fluids Dynamics,CFD)研究高层建筑形状及布局对城市街区行人风环境的影响.采用最大风速比和归一化加速面积比,定量研究五种高层建筑形状及四类建筑布局对城市街区行人风环境的影响,确定全风向下的最优建筑形状以及布局,结合CFD数值模拟获得的全域流场信息,揭示建筑形状和布局对于城市街区行人风环境的影响机理.结果表明:在保持建筑高度和街区容积率一致的情况下,高层建筑群周边最大风速比不会随着建筑形状和建筑布局的改变而发生明显变化.但建筑形状和建筑布局会改变建筑群周边高风速区域的面积大小,全风向下的最优建筑形状和布局分别是Y字形和错列式布局,而最不利形状和布局分别是H字形和围合式布局.不同布局下的方形、H字形及X字形高层建筑群的最不利风向均位于斜风向,而十字形及Y字形则为正风向.高层建筑群在行人高度处的风加速现象主要是由狭管效应和角部分离效应造成的.     

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。     

建筑荷载作用下城市地面沉降地理信息模型——以天津市东南部沉降区为例

密集建筑群以及高层建筑荷载引发的地面沉降是一个日益严重的城市灾害问题.本文以天津市东南沉降区为例,从地理信息模型基本理论和建筑荷载引发地面沉降的机制出发,综合考虑了建筑容积率、土壤竖向应力、压缩层厚度、土体压缩模量、地下水的埋深和弱透水层渗透性6个诱发因子对沉降的影响,构建了建筑荷载作用下城市地面沉降地理信息模型.通过实际应用和ROC检验,模型的AUC值达到0.85,证明此模型能够准确清晰地反映沉降变形的大小和趋势,从而为城市地面沉降的分析与计算、总结建筑荷载作用下城市地面沉降的变形规律奠定了基础.     

鹦鹉螺等角螺线型风力机数值模拟及建筑扰流分析

为了提高风力机组的整体性能,解决风力机在实际运行中受建筑物影响的问题,利用仿真分析软件Fluent对不同叶片数的新型鹦鹉螺等角螺线型风力机进行气动性能研究,建立建筑物与风力机组排布模型,分析建筑物扰流特性,对比扰流环境对风力机组转矩性能的影响。结果表明：3个叶片风力机的整体性能更优;建筑物下游出现紊流区域,切向速度明显增加,其附近的新型鹦鹉螺等角螺线型风力机组转矩性能明显提升,验证了建筑物附近安装鹦鹉螺等角螺线型风力机组的可行性。所提风力机组排布方式可有效提升风力机性能,为风力机结构优化设计和建筑物附近风力机排布提供参考。     

基于CFD保亿中心风荷载三维稳态数值分析

采用Realizable k—ε湍流模型,对处于B类地貌的保亿中心的两栋体型复杂具狭缝效应的A、B高层建筑方案,进行风荷载的CFD数值分析.通过网格划分,边界条件、非平衡的壁面函数法近壁面处理,利用fluent软件提取建筑物表面各测点的风压以及其周围的流场分布,进而得出大楼截面的风荷载合力,给出B座大楼沿X,Y轴方向的层体型系数,供主体承重结构设计参考,确保保亿中心结构抗风设计的安全、经济、合理.     

并列建筑物周围风场的数值模拟

研究单体建筑物高度及并列建筑物高差及并列建筑物间距等因素对并列建筑物周围风场的影响．建立了10组不同的并列建筑群布局,计算采用标准k-ε湍流模型．数值计算得到各种布局下建筑群周围风场,并对它们进行了对比分析．结果表明,单体建筑物高度与并列建筑物高差、并列建筑物间距与单体建筑物高度差共同对并列建筑物周围风场产生影响．     

城市居住单元建筑拥挤度环境遥感分析——以厦门市为例

居住单元的建筑拥挤度是居住单元环境评价的重要方面,而高分辨率卫星影像所提供的丰富的细节化的空间信息使得从居住单元的尺度研究建筑拥挤度成为可能。结合房地产估价理论和地统计学中的半变异函数方法,基于高分辨率遥感影像的特点创造性地构建了4个指标用来评价居住单元的建筑拥挤度,并选取了厦门市的5个典型居住单元对这些指标的可用性进行了检验。结果表明上述4个指标能很好地从不同角度刻画建筑拥挤度,为高分辨率遥感在环境评价中的应用提供了新的方向。     

建筑群不均匀性对拖曳力影响的风洞测压实验

针对建筑群不均匀性缺乏系统的研究方法以及多数处于定性研究的现状,从建筑几何结构的形态学角度出发,采用迎风面积指数、平面面积指数、形状指数和综合非直线系数表达建筑群的不均匀性.风洞实验中采用刚性模型测压的方法进行建筑表面压力的测量,并设计了悬浮实验平台直接测量整个区域所受的拖曳力.实验结果表明,分布在较大平面区域内各建筑的单体拖曳力系数沿风向的变化趋势近似为一条热容模式的衰减曲线;利用有代表性的建筑表面压力测量结果求取的整个区域拖曳力系数和基于拖曳力直接测量的拖曳力系数具有相同的趋势,但普遍大10%~20%;对比可知,地面粗糙度改变对模型表面风压差系数的分布影响不显著,综合非直线系数为1.332 5的工况较1.177 5的工况拖曳力系数减小约17.7%,H型建筑表面风压差系数分布与矩形建筑不同,其对气流的强烈作用造成拖曳力系数约34.6%的增加.