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.     

高层建筑周围行人高度风环境的数值模拟研究

通过数值模拟方法对某高层建筑周围的行人高度风速场进行了计算,结合当地气象台的气象风速统计资料,给出了该建筑周围舒适性风的概率直方图,对行人高度风环境的舒适性作出了评价,并对一些可能存在不舒适风问题的位置点提出了控制措施.     

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。     

北京某商业中心行人风环境的风洞试验研究

采用风洞试验方法, 对北京某商业中心行人风环境进行研究, 通过对行人活动区域测点风速的统计分析, 得到该区域16 个风向角下的行人高度风速分布。结合气象资料, 利用针对不同行人活动类型的大概率发生事件的行人风环境评估标准, 对该商业中心的风环境品质进行定量评估, 并对可能造成行人不舒适或危险的区域提出改善建议。     

深圳大运体育中心行人风环境的大涡模拟

建筑群附近风环境的品质,直接影响地面行人的舒适与安全。以深圳大运体育中心主要建筑为工程对象,采用一种新的湍流脉动流场生成方法(discretizing and synthesizing random flow generation,DSRFG)模拟风场的实际湍流边界条件,基于数值模拟计算软件Fluent,对深圳大运会体育场馆为中心10 km范围内的山体和主要建筑物进行全尺寸大涡模拟计算,得到各风向角下体育中心速度场分布。结合当地气象资料,采用超越阈值概率法对体育场馆周围场地行人风环境进行预测与评估,并对风环境较差地区的成因进行分析并提供改良建议。结果表明:该研究方法可以较准确地预测出建筑群周围风环境分布,并为类似体育场馆设计的合理性以及行人风环境的研究与优化提供有价值的参考。     

高层建筑周围行人风环境数值模拟

采用基于k-ε湍流闭合方法的数值模式对高层建筑周围行人风场进行模拟,与风洞实验结果吻合。数值模式能够在每一个计算格点和每一个时间段提供流场的详细信息,因而,在准确评价行人风环境或者其他风环境问题上比风洞实验更具优势。随着计算技术的提高,数值模拟已变得更为快速经济,并成为研究城市风环境的有效手段。     

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。     

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。     

城市住宅小区风环境数值分析

针对某城市住宅小区建立了风环境的物理和数学模型 ,方程组进行离散 ,速度压力解耦采用 IMPLE算法 .通过大源项方法将浸没在大气中的住宅视为流体的一部分 .计算求解了两种来流角度的风环境分布 .一是来流平行于 X轴线 ,二是来流风向与 X轴成30°.两种情形都表明南方地区的穿堂风效应明显 ,可用于夏季降温 .对位于来流上游侧的建筑 (住宅 )要加强抗风压、风振能力 ;而处于下游侧的建筑 (尤其是第二种情形 )气流涡旋死角较多 ,要注意防止污染物的堆积 .研究表明 ,使用数值方法可以得出住宅小区内速度分布的详细情况 ,可对小区的风环境参数进行全面评价 ,对研究住宅小区的建筑系统节能具有一定意义     

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...     

建筑群风环境分层优化策略

为改善建筑群风环境,通过数值模拟技术研究了原始建筑群的风环境情况,并通过分层优化方法改善建筑群的风环境。结果表明,利用分层优化方法对原始建筑群风环境进行优化,使整个研究区域1. 5 m高度处平均风速获得提升效果,风速低于1 m·s-1和高于5 m·s-1的区域面积缩小。可见,分层优化方法有效地改善了建筑群的风环境状况,使行人高度处的风速达到满足人体舒适度的合理阈值。     

信号交叉口过街老年人比例与行人步行速度关系分析

为了对不同老年人混入比例下的行人步行速度进行较细致的分析,进而确定老年人比例达到一定程度时的行人信号设置依据,以重庆市3个信号交叉口以及一路段的老年人和成年人过街情况为分析对象,通过现场观测和后期人工提取获取了相关参数。使用统计学的方法,对比分析了老年人和成年人、不同信号交叉口设施设置情况下的步速等特征。最后借助微观仿真软件,使用未知拐点的回归模型分析了老年人的比例与行人步行速度的关系,结果表明:老年人比例超过14%时,行人的步行速度出现显著的变化,进而提出老年人比例超过14%时,建议信号交叉口的步行速度设计值为0.97 m/s。研究成果可以为老年人通行需求较多的信号交叉口行人信号配时提供基础。     

蓝旗营住宅楼群风环境数值模拟

采用数值方法,结合标准k-ε湍流模式求解非定常Reynolds平均Naiver-Stokes方程,对北京市海淀区蓝旗营住宅楼群的二维和三维风环境进行了数值模拟;并在此基础上对该区住宅楼的风载荷进行了频谱分析,找出了流场中基于无穷远来流速度,量纲一的住宅楼宽度两个基本特征频率为0.051和0.17,分析了其成因,两个基本特征频率分别为住宅楼后大涡脱落频率和类似Karman涡街的小尺度涡脱落频率。该文为建筑设计师及住户理解风对高层住宅的载荷和环境影响提供参考。     

基于AVR单片机的风速模拟器的设计

根据风速风向传感器的原理,结合带编码器的无刷电机,以AVR单片机为核心控制器,设计了可以模拟测试多种风速风向传感器风速数据准确性的风速模拟器。实验结果证明,基于AVR单片机的风速模拟器达到设计要求,体积小、功耗低且可靠性高,可以准确地模拟测试风速数据。     

基于区域嵌套与分解的城市风环境模拟方法研究

提出了适合城市风环境数值模拟的一个新的计算方法——嵌套计算方法。该方法首先对目标建筑群及其更大的周边环境建立大计算域并以较粗的网格进行计算,然后建立包含目标建筑群的子计算域并以精细的网格划分,以大计算域计算出的解作为子计算域的边界条件以实现区域嵌套求解。通过对两种建筑群布局的模拟计算,将该方法与传统方法计算的高精度解和中精度解进行对比。结果表明,本文的方法可以降低单次计算的网格数量,并且计算结果具有较高的精确度。     

工字型城市地下人行通道的通风环境与优化设计研究

为探讨我国南方多雨、湿热地区城市常采用的工字型地下人行通道的内部通风环境,揭示其夏季易潮湿结露的成因,对武汉市岳家嘴工字型地下人行通道进行现场监测;内容包括通道内的空气温度、湿度、壁面温度、风速等。借助CFD数值模拟,与实测成果进行了对比研究。结果表明:工字型地下人行通道的主通道难以实现有效的自然通风,夏季通道内处于高湿状态,易出现严重的结露状况。利用马格努斯(Magnus)公式阐释了结露现象产生的原因。对工字型地下人行通道的布局方案进行优化,利用CFD数值模拟对不同优化模型进行对比,验证了优化方案的合理性,可为南方城市修建地下人行通道工程提供借鉴。     

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．     

群体高层建筑风效应的数值模拟

基于计算流体力学软件平台FLUENT6．3,分别采用标准k-ε模型和RNGk-ε湍流模型,模拟了典型风向角下广州珠江新城利通广场作为单体建筑和处于高层建筑群中的表面风压分布和周围风环境,并与风洞试验结果进行了对比分析．研究表明：数值模拟得到的风压系数结果与风洞试验具有一致的趋势,但标准k-ε模型的结果与风洞试验相差较大,而RNGk-ε模型的结果与风洞试验较为吻合．利通前方的大尺寸低矮建筑可能减小利通各面上的风压．另一方面,利通前方的高层建筑群产生的遮挡效应使其迎风面上的风压系数减小,而利通侧风面和背风面的其他高楼引起的狭缝效应使利通上的风压增加．此外,通过流场数值模拟可对高层建筑群的风环境进行评价．     

环境条件对直流风洞风速测量结果的影响

为了研究风速仪器检定对环境测量仪器性能参数的要求,确定检定过程中环境条件的限制范围,通过动态测量和数据比对的方法,获得不同环境条件下风速测量结果的实验数据,定量分析了风速检定实验室的房间阻挡物、温度、湿度和气压等要素对测量结果的影响。结果表明,实验室内有阻挡物时的风速稳定性系数和测量误差均比无阻挡物时大1倍以上;实验室的温度、气压和湿度3个要素中,温度变量对风速测量结果影响最大,相对湿度的影响最小;在检定过程中,当实验室温度变化超过1℃、气压变化超过25hPa、相对湿度变化超过38%RH时,会对测量结果造成可估量影响。     

虚拟试验综合风场环境的建模与应用

根据虚拟试验对复杂风场环境的实际需要,提出了综合风场环境模型的概念。采用面向对象的建模方法建立了综合风场模型框架,对综合风场模型进行了顶层描述。通过静态模型和动态模型描述了虚拟试验综合风场的静态结构和动态行为。设计了通用的综合风场模型接口,使得该模型可以更好的应用到不同的虚拟试验平台中。设计了可扩展的基本风场模型库,保证了综合风场模型的可扩展性。针对基本风场中常见的大气紊流和微下击暴流,分别使用随机过程的方法以及涡环原理模型建立其数学模型,用于实时产生虚拟试验风场数据。最后介绍了该模型在虚拟试验中的一个应用实例,该实例表明,虚拟试验综合风场环境模型可以更好、更灵活的为虚拟试验提供支持。