城市区域热环境及建筑排热影响的模拟及评价

论文摘要

人类创建了城市,并在城市里工作与生活。随着社会经济的发展和人们生活水平的不断提高,建筑空调的使用越来越多,空调排热对城市大气热环境产生了重要影响;城市区域的不断扩大、人口密度的集中、土地利用的转变,城市建筑布局及区域内下垫面性质的复杂多样,改变了城市的风环境。因此研究建筑空调排热、不同城市下垫面以及建筑布局对城市热气候的影响,对于实现生态城市的规划设计和建筑的节能,以及创造满足现代人要求越来越高的人居环境都具有十分重要的意义。本文建立了多尺度热气候模拟技术即耦合中尺度气象模型和区域CFD模型来预测评价城市热气候,并以宁波市三江口一大型中心商务区(Central Business District, CBD)为研究对象,从中尺度、区域尺度等不同尺度模拟分析CBD内的热环境、风环境。首先,建立和应用中尺度气象模型HOTMAC模拟分析地形、土地利用以及城市人为热对城市热气候的影响;研究不同空调系统排热的计算方法,对CBD的建筑空调排热进行估算;建立城市区域CFD模型,把HOTMAC计算得出的城市垂直面的风速、温度廓线编写为UDF加入到Fluent中的入口边界条件,把HOTMAC计算得出的不同下垫面的温度加入到Fluent中的底面边界条件,把空调排热以热流的形式加入到建筑表面;最后采用风速比指标,并提出排热效率这一新指标对城市热气候进行定量的分析,从而为更加合理的城市设计,提高城市人居环境的舒适性以及城市建筑节能提供有效的参考依据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的研究背景及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 城市中尺度环境的研究现状
• 1.2.2 城市区域尺度环境的研究现状
• 1.3 当前研究工作所存在的不足
• 1.4 课题的研究内容和所做的工作
• 第2章 多尺度热气候模拟技术
• 2.1 中尺度气象模型
• 2.1.1 中尺度模式概述
• 2.1.2 Mellor-Yamada中尺度气象模型
• 2.1.3 A2C软件简介
• 2.2 区域尺度CFD模型
• 2.2.1 建筑物周围的风环境
• 2.2.2 湍流描述
• 2.2.3 湍流数值模拟方法
• 2.2.4 基于时均法的湍流基本方程
• 2.2.5 标准k? ε湍流模型
• 2.2.6 Fluent软件
• 2.3 基于联想 6800 集群系统和 Linux 操作系统下的 Fluent 并 行运算技术
• 2.3.1 联想6800 集群系统简介
• 2.3.2 Linux操作系统简介
• 2.3.3 Fluent并行运算技术简介
• 2.4 中尺度气象模型与区域尺度CFD模型的结合
• 2.5 本章小结
• 第3章 多尺度热气候模拟对象及模拟条件
• 3.1 中尺度气象模拟部分
• 3.1.1 模拟范围简介
• 3.1.2 模型的建立
• 3.1.3 网格系统
• 3.1.4 边界条件
• 3.1.5 求解方法与过程
• 3.2 城市区域尺度CFD模拟部分
• 3.2.1 模拟范围
• 3.2.2 模型的建立
• 3.2.3 网格系统
• 3.2.4 边界条件
• 3.2.5 求解方法与过程
• 3.3 本章小结
• 第4章 模拟结果与分析
• 4.1 中尺度模拟结果分析
• 4.1.1 初始风速为低风速下的情况
• 4.1.2 初始风速为高风速下的情况
• 4.2 区域尺度模拟结果分析
• 4.2.1 区域尺度模拟结果的评价指标
• 4.2.2 初始风速为低风速下的情况
• 4.2.3 初始风速为高风速下的情况
• 4.3 改善城市气候环境的建议
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢