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。     

高层建筑底部区域行人风环境试验研究

对单个方形截面高层建筑底部区域12m范围内的行人高度风环境进行试验研究。研究了不同风向角下加速比、平均风速比等参数的分布与变化规律,并以广州为例,利用Lawson风环境评价准则对该区域处于强风下的风环境进行了评价。结果表明各风向角下的最大加速比大致相等,约为1.9,且均出现在建筑背风面角隅位置。平均风速比大于0.75的区域也出现在建筑背风面角隅,此处易引起行人风环境不适。建筑周围12m范围内风环境不适的区域面积在与墙面正交风向时达到最大,应重点关注下洗（Downwash）效应造成行人高度处风速增大的影响;在斜风向20°~70°范围内通风不利的区域面积较大,对空气污染物扩散不利。建筑迎风面和背风面角隅位置出现最大等效阵风风速,应当对建筑角隅区域行人活动加以限制或提醒。     

建筑群行人高度风环境的数值模拟

采用控制容积积分法和求解压力耦合方程的半隐算法求解控制方程,选用标准k-ε湍流模型,对风绕某实际工程建筑群布局的流动特性进行数值计算,得到了建筑周围行人高度处在不同风向时的风速分布.结果表明,在上游建筑物的迎风面拐角附近以及前后排建筑之间的通道,风速最大,漩涡分布最强烈,是建筑物周围风环境最不安全的区域.通过分析比较,讨论了风向、建筑间距等因素对建筑风环境的影响.研究结果对于改进建筑设计与局部气候环境之间的关系具有参考意义.     

基于C FD数值模拟的典型建筑群风环境评估

为解决越来越多的体型复杂、布局多样、规模庞大的建筑群兴建后所带来的建筑风环境问题,文章选取3种典型建筑布局(行列式、错列式及围合式)下的建筑群,利用雷诺平均法及Realizable κ-ε湍流模型对各布局下北风及西风下的建筑风流场进行了数值模拟,利用定量与定性分析方法对建筑群风环境进行了评估。研究结果表明,西风比北风风向下的建筑群风环境好;综合对比分析2种风向下3种布局的风环境,行列式建筑群风环境较好。     

建筑外表面对流换热系数的CFD模拟

建筑外表面的对流换热系数是建筑节能和城市环境模拟的重要参数.文中首先对萘升华技术实测的建筑楼顶水平表面对流换热系数与计算流体力学(CFD)的模拟结果进行对比,验证了CFD模拟技术在建筑外表面对流换热系数研究中的可适用性,然后利用CFD计算模型对单一建筑和5种建筑群的外表面对流换热系数进行模拟计算,结果表明:每一单体建筑表面的对流换热系数均是楼顶表面最大,背风墙表面最小,侧墙表面和迎风墙表面几乎相等;建筑之间的间距越大,建筑表面对流换热系数也越大;高层建筑会使本身及其附近建筑外表面的对流换热系数增大;在建筑群相互遮挡的情况下,风向的改变会导致建筑外表面对流换热系数的变化.也就是说,建筑外表面对流换热系数受到风速、风向、建筑密度及周围建筑高度的强烈影响.     

基于风环境的高层住区植被优化设计

城市住区植物设计对区内风环境状况具有直接影响。本文以哈尔滨市3个高层住区户外环境为载体,运用CFD数值模拟技术,对不同植物布局及配置方式对典型风环境的影响进行研究,探讨提升住区风环境舒适性的植物设计形式。结果表明,穿流区、角流区、涡流区为高层住区风环境关键区域。树种配置方式中,小乔木+灌木对人行高度处风速削弱效果最好,大乔木+小乔木对风场的减弱范围最大;不同气流区域内植物布局方式应分别处理,穿流区采用垂直风向的行式布局、角流区采用平行于风向的列式布局、涡流区采用围合式布局对风环境改善效果最好。     

珠海市某标志性超高层建筑群的室外风环境及舒适性模拟

考虑当地的气候条件,利用PHOENICS软件对珠海市某标志性超高层建筑群的风环境舒适性进行了CFD数值模拟,结果表明:1)研究区各个季节的主导风向有所不同,冬季主要吹偏北风,夏季主要吹西南偏南风,过渡季节则以东北偏东风为主,不同风向下地面和建筑立面风速及舒适性都不同; 2)当风从高层建筑吹向低层建筑时,低层建筑会被高层建筑阻挡,低层建筑背面、高低层建筑间的地面通风和舒适性都较差。而在建筑立面通风较好的地方,比如高层建筑的迎风面及两侧,这些地方较为舒适; 3)当风从低层建筑吹向高层建筑时,风通过低层建筑物之后以绕流作用再次影响地面,建筑物之间的区域通风条件都较好,同时建筑立面的通风环境和舒适度都比风由高层建筑吹向低层建筑的时候更好; 4)由于风随高度的增加而增大,若在高层建筑的迎风面和两侧拐角处,以及通风廊道处,局地风速超过3级时,人体感觉也会不舒适。     

多幢高层建筑间风场数值模拟和风灾分析

基于Fluent 6 软件平台,对上海市某住宅小区多个高层建筑的风场进行三维数值模拟研究.首先采用英联邦航空咨询理事会(CAARC)标准模型进行可行性验证,然后对该小区风场及建筑物的风场进行了数值模拟,发现并分析了该实际建筑规划中的"喇叭口"风效应.最后,讨论了街区群楼间高度、风向、风速及建筑布局等因素的改变对风场和荷载的影响.研究表明,合适改变建筑布局、增大间距以及高度差能有效减小风荷载.     

西安市城区通风环境数值建模及分析

近年来，城市建筑的高度和密度不断增加，对城市通风环境产生了很大影响。针对西安市绕城高速以内区域，建立了城区建筑、道路等几何模型，在此基础上建立了城市风环境数值仿真模型。通过数值仿真，分析了在冬季主导风 ENE 风向下，区域风环境的现状，包括风速分布、通风能力等。研究表明，建筑布局、街道布局、建筑密度和风向会对区域风速分布及通风能力有明显影响。控制城市内十字路口处建筑高度及建立城市主导风向上通风廊道有利于城市内的通风。     

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.     

高层建筑群风场的数值分析

针对高层建筑物风场和风压力的问题,采用计算流体动力学（CFD）软件对高层建筑物进行模拟,得出了单个建筑物在不同风向下的风场和风压力,并对高层建筑群进行了模拟,将其分布规律与单个建筑物进行了比较,结果表明,风在受到第一个阻碍后的区域里的漩涡分布最强烈,压力梯度最大,是最危险的受力区,在建筑群中,最靠近迎风面的建筑物所受负压最大,且建筑物之间的间距也对风场有很大影响,因此研究结果对于减少高层建筑物中大尺度的漩涡脱离区,以及降低室内噪声具有指导价值,同时也显示了CFD技术强大的分析能力及其在工程应用领域中的广阔前景。／     

大跨度高空弧形连廊模型风洞试验研究

介绍了杭州市民中心建筑群模型测压的风洞试验,给出了大跨高空弧形连廊表面的平均(静)风压系数、平均风压和平均风荷载体型系数值,详细讨论了风场和风向角对风压系数和体型系数的影响.结果表明:连廊迎风面处于正压区,而背风面、顶面和底面处于负压区;连廊顶面风载狭缝效应十分明显,而底面不太明显;连廊的整体体型系数大于规范对弧形建筑的规定;按规范(基于平均风压)计算的用于连廊覆面设计的风压结果比应用统计方法(基于平均风压和脉动风压)计算的结果偏小.     

基于道路布局的城市区域热环境数值模拟研究

对整个长沙市城区建筑及道路进行建模,并采用CFD软件Fluent对长沙市区域热环境进行模拟分析,结合红外线温度图对比验证.研究结果表明:绿地、水体覆盖面积对缓解城市热岛效应、改善城市空气质量有很大的作用;城市道路布局与城市区域热环境有很大的关联,城市道路的合理设计和布局可以很好地利用城市主导风进行自然通风;高层建筑布局与道路走向设计应当相契合,前后、高低错落布置,减少大面宽建筑,充分利用城市道路通风改善城市区域热环境.     

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。     

基于计算流体动力学的晋东南传统院落内部风环境数值分析

为提升晋东南传统村落院落内部风环境舒适度,同时给城市不良风环境问题提供解决经验,对晋东南传统村落院落风环境进行了定量研究.通过实地调研和测绘晋东南典型传统聚落民居布局现状,将该地院落基本形式分为21个工况,基于计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)模拟分析进行定量分析.使用风速比评估法针对夏季和冬季不同的风环境要求展开讨论,并将每一种工况的院落形态量化,分析各工况院落内平均风速比与建筑体积的耦合关系.结果表明:建筑物全围合的"口"型院中的几种方案更能兼顾夏季散热与冬季抗寒的功能,且西厢房高东厢房低的布局能营造更优质的风环境;风速比曲线的单调区间主要由民居围合形式决定,单调性则由主要由民居组合高度决定.     

下游干扰体对上游高层建筑风力的影响

在用数值模拟和风洞实验方法对比研究两个方形高层建筑模型干扰影响的基础上,进一步用数值模拟方法研究了距离较近时下游干扰体对上游建筑的干扰影响.以广州合景大厦为背景,用数值模拟方法,并通过数值模拟与风洞实验平均风底部剪力的比较,得出当干扰的高层建筑处于下游或斜下游时,上游合景大厦的静风力比不受干扰时显著增大.说明在高层建筑密集、下游或斜下游建筑体量较大时,对上游建筑干扰后的静风力会有显著增加.     

风帆体型建筑表面风压的分布特征研究

针对典型风帆体型建筑的风荷载采用风洞试验方法进行研究,给出典型风向下风帆建筑的平均风压和脉动风压的分布特征,探讨该体型建筑产生此类分布的原因,并分析围护结构设计时风帆体型建筑的最不利受风区域.研究表明:风帆容易形成"前压后吸"的风压分布,对于迎风面积大、厚度却相对较小的风帆建筑整体抗风较为不利;脉动风压系数与平均风压系数分布规律较为相似,背风区的风压脉动小于侧风区;当风帆建筑锋利边缘处于侧迎风时,来流风会在锋利边缘发生显著的气动分离,使得该区域出现极大的负压.     

超高层连体建筑风荷载干扰效应大涡模拟研究

超高层三塔连体建筑的主楼受到裙房及子楼的干扰作用显著,以某超高层三塔连体建筑为对象,基于LES(大涡模拟)方法对其进行了24个方向角下的数值风洞试验,并将主楼的体型系数与物理风洞试验结果进行了对比验证,再基于大涡模拟结果分别从平均和脉动风压特性、涡量分布以及干扰机理等方面探讨了超高层多塔连体建筑风荷载和干扰效应.结果表明:大涡模拟和风洞试验结果吻合较好;单体工况下主塔表面随机涡旋较密集、风压脉动较大、且尾流分离区域较小,当子塔处于主塔上游位置时对主塔结构抗风设计存在有利的"遮挡效应",此时来流湍流对主塔风场分布起主导作用;当子塔处于主塔下游位置时会对主塔存在不利的风压放大作用,特征湍流作用更明显.     

基于CFD和城市形态参数的风环境评价

风环境对城市居民舒适度影响较大,是城市气候研究的重点。以大庆市东城区为对象,研究基于计算流体力学（computational fluid dynamics,CFD）和城市形态参数的风环境评价方法。首先使用CFD软件对城市中心片区进行风环境模拟,得到风速云图;再将风速云图分割为多个网格,利用SPSS计算得到网格风速比与城市形态参数的回归拟合方程;最后通过回归拟合方程,计算东城区全域的风速比,评价风环境。结果表明,天空开阔度和迎风面积密度是影响风速比的最主要城市形态参数,综合多种城市形态参数能更好地解释风速比的变化;结合风速比计算方程和风环境评价标准能够发现城市中风环境不良的区域并提出优化建议。