沈阳市住宅典型形体环境风场的数值模拟与评价

论文摘要

沈阳是一座多风的城市,随着人们环保意识和健康理念的增强,研究建筑物绕流风场对于改善城市风环境,提高人居舒适度,控制大气污染等问题有着重要的意义,风环境的优劣也成为城市规划、建筑设计应考虑的因素之一。目前研究建筑物绕流风场主要方法是现场实测、风洞试验和数值模拟计算,其中风洞试验是现阶段的主要手段。利用风洞试验方法研究风对建筑的作用已经有60多年的历史,在风工程的研究领域中发挥了重要作用,但是由于风洞试验的先天局限性导致其难于在工程实际中广泛应用。计算风工程是随着计算机技术和计算流体力学的发展而出现的,开始于80年代,已经有20多年的历史,它自出现起就成为风工程领域研究和发展的热点,随着湍流模型的不断发展和完善,计算机软、硬件技术的迅速提高,用计算机模拟风洞试验的技术日趋成熟,已逐渐成为风工程研究的最有力手段。模拟得到风速和风压等物理量的分布特征,来预测建筑规划和设计方案的优劣,并提出改进方案,使设计更加合理,提高设计质量和效率。风对建筑物的作用属于复杂钝体绕流问题,建筑物周围的流场是十分复杂的湍流场,充满了分离、回流、旋涡等一系列复杂的运动形式。本文从工程实际出发,在阅读大量文献的基础上,阐述了计算风工程的基本理论和计算方法,对建筑物周围风场数值模拟时涉及到的计算流域确定、网格划分、边界条件选取、湍流模型选择、求解参数设置等问题进行了说明。基于FLUENT软件平台,计算流域采用分区的方法划分成非均匀网格,近壁面采用标准壁面函数法来处理,选用标准k-ε湍流模型,对沈阳市住宅典型形体环境的绕流风场进行模拟,分析了各种情况下风场中的风压、流线和风速矢量等的分布特点,同时提出了一些改善风环境的建议。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 建筑风环境数值模拟的研究发展
• 1.2.1 国外方面
• 1.2.2 国内方面
• 1.2.3 发展趋势
• 1.3 本文的主要工作
• 第2章 基本理论和FLUENT软件简介
• 2.1 风的特性
• 2.1.1 平均风剖面
• 2.1.2 风绕建筑物流动的特性
• 2.2 湍流的控制方程和数值模拟方法
• 2.2.1 湍流现象的特征及描述
• 2.2.2 不可压缩湍流的控制方程
• 2.2.3 湍流的数值模拟方法
• 2.3 湍流模型
• 2.3.1 涡粘模型
• 2.3.2 雷诺应力方程模型
• 2.4 湍流近壁面边界层的处理方法
• 2.5 基于有限体积法的控制方程离散化
• 2.6 离散化方程的求解
• 2.7 欠松弛技术
• 2.8 FLUENT软件简介
• 2.8.1 FLUENT的系统组成及其各自性能
• 2.8.2 FLUENT计算过程
• 2.8.3 网格技术
• 第3章 建筑物三维绕流流场数值模拟
• 3.1 工程背景简介
• 3.2 几何建模
• 3.3 计算流域的确定
• 3.4 网格单元的选择和网格质量
• 3.5 边界条件的选取
• 3.6 求解参数设置
• 第4章 计算结果分析与讨论
• 4.1 行列式布置的板式多层建筑模拟结果分析
• 4.1.1 冬季北风时模拟结果分析
• 4.1.2 夏季南风时模拟结果分析
• 4.2 行列式布置的板式高层与板式多层混合建筑模拟结果分析
• 4.2.1 冬季北风时模拟结果分析
• 4.2.2 夏季南风时模拟结果分析
• 4.3 交错点式高层建筑模拟结果分析
• 4.3.1 冬季北风时模拟结果分析
• 4.3.2 夏季南风时模拟结果分析
• 4.4 分析与讨论
• 第5章 改进模型计算结果分析和结论
• 5.1 第一次调整模型模拟结果分析
• 5.2 第二次调整模型模拟结果分析
• 5.3 第三次调整模型模拟结果分析
• 5.4 结论
• 第6章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢