建筑室外风环境CFD模拟教程-城市建筑通风流体模拟仿真fluent、phoeincs
建筑设计中的CFD仿真
CFD仿真在建筑设计中的应用建筑设计是一个比较复杂的系统，包括选址、功能设计、资源利用、节能设计、绿化设计、水环境设计、风环境设计、光环境设计、声环境设计等。
在绿色建筑构建全过程内，需要对建筑设计、建筑性能等多个参数进行模拟计算，主要包括建筑室内外风场的模拟计算、建筑能耗模拟计算、热岛强度模拟等。
自从1974年CFD技术被首次应用于空调设备工程模拟空气流动以来，CFD 技术进人建筑领域已有几十年历史。
建筑室外风环境作为绿色建筑的重要组成部分，良好的建筑室外风场不仅可以营造安全、舒适的建筑风环境，利于污染物的排放，避免二次风的出现。
借助CFD技术，在建筑设计过程中提供一种基于气候的思维方法，进行设计验证、客观分析和科学预测，针对特定的建筑风环境条件下建筑场地、技术和形态布局的研究，形成一种系统化的设计体系。
整体流场图局部流场图整体压力分图局部压力分布图Clabso软件对某地区公共建筑群外流场和风压进行仿真计算。
可以发现局部出现流动分离、涡的脱落和振荡，这些现象会在建筑物室内产生噪音，影响室内人员的工作和休息。
另外，还可研究不同风速下城市空气污染、自净能力、局部强风等因素，在建筑物设计阶段进行风环境评价。
绿色建筑同样也强调室内环境,。
在建筑功能设计阶段，可以用CFD技术模拟火灾发生时烟雾的扩散情况，帮助建筑师在较难确定烟雾走向的复杂空间里合理安排疏散交通；在节能设计中，可以利用CFD技术模拟建筑室内通风、人体舒适度、室内温度等指标，从而用最低能耗满足人们所需的舒适空间。
电影院模型电影院气流模拟流畅图Clabso对某电影院放映厅内部气流进行仿真计算。
可以发现在前排区域和后排区域都出现了强烈的旋涡流动，在该区域的观众会感到不适，影响观影。
另外从放映厅是人员密集型场所，可以通过该软件研究该场所的排烟系统，确保人员安全。
办公室内环境的好坏直接影响着人体健康、舒适度、工作效率等，人的热舒适感主要建立在人和周围环境正常的热交换上。
基于FLUENT的建筑物风沙两相流场数值模拟
基于FLUENT的建筑物风沙两相流场数值模拟基于FLUENT的建筑物风沙两相流场数值模拟随着城市化进程的加快，城市建筑物带来的风沙问题逐渐凸显。
为了优化城市建筑物的设计和提高城市环境的质量，建筑物风沙两相流场数值模拟成为一个重要的研究领域。
本文基于FLUENT软件，通过数值模拟的方式，对建筑物风沙问题进行了研究。
建筑物风沙问题是指由于风的作用，建筑物周围的大量沙尘颗粒被悬浮在空气中，形成风沙现象。
这不仅会对建筑物的外观和耐久性造成影响，还会对周围环境和人体健康造成威胁。
因此，研究建筑物风沙问题具有重要的理论和实践意义。
FLUENT是一种基于计算流体力学原理的数值模拟软件，可以用于模拟不同领域的流体力学问题。
在建筑物风沙模拟中，FLUENT可以模拟风场和颗粒物运动两个方面的物理过程。
通过建立风沙两相流方程组，FLUENT可以计算风场的分布，并预测建筑物周围的沙尘颗粒运动轨迹和浓度分布。
具体来说，模拟建筑物风沙问题的过程包括以下几个步骤。
首先，需要对建筑物和周围环境进行几何建模。
可以使用CAD软件绘制建筑物的三维模型，并将其导入到FLUENT中。
同时，还需设置起始风速、沙尘颗粒的初始分布和体积浓度等参数。
接下来，需要建立风沙两相流场方程组。
风场方程可以通过雷诺平均-纳维尔-斯托克斯（RANS）方程或大涡模拟（LES）方程进行模拟。
沙尘颗粒的运动可以通过离散相模型进行描述，考虑颗粒之间的相互作用、颗粒与流体之间的相互作用以及颗粒间和颗粒与建筑物之间的碰撞等。
然后，进行数值求解。
借助FLUENT提供的求解器和网格生成工具，可以对建筑物风沙两相流场进行数值计算。
通过迭代求解风场方程和颗粒运动方程，可以得到建筑物周围风场和沙尘颗粒的分布情况。
最后，对模拟结果进行分析和评估。
可以通过对风速、压力、沙尘颗粒浓度等参数进行统计和可视化分析，以评估建筑物周围的风沙状况。
同时，还可以通过与实验数据进行对比，验证数值模拟的准确性和可靠性。
建筑风环境CFD模拟案例
某小区区建筑风环境模拟报告目录1. 模拟过程及使用软件介绍 (2)1.1 建筑风环境模拟使用软件介绍 (2)1.2 建筑风环境模拟过程 (2)1.2.1 几何模型的建立 (3)1.2.2 网格的划分 (5)1.2.3 求解参数设置 (6)2. 模拟结果 (12)3. 建筑风环境模拟研究思路及问题 (16)附录I 从百度地图获取三维几何模型的尝试 (17)附录2 Fluent入口边界速度UDF命令 (19)REFERENCE (19)建筑风环境的研究主要有三种方式：现场实测、数值模拟和风洞试验。
随着计算机软硬件技术水平的发展，计算能力及计算精度不断提高，计算流体力学（Computational Fluid Dynamics：CFD）的理论和方法得到了不断改进。
基于CFD 技术对流场进行模拟具有操作周期短，操作成本低，可反复修改的特性，相比较于现场实测和风洞试验具有更广阔的应用前景。
但是由于数值模拟技术对输入的参数十分敏感，必须辅以现场实测或风洞试验的验证。
本次模拟区域直径500m，模拟的工况为10m高度处风速为10m/s，风向为225°，输出结果查看高度10m,20m,40m,78m,100m处的速度云图、速度矢量图和压力云图。
1. 模拟过程及使用软件介绍1.1 建筑风环境模拟使用软件介绍（1）前处理软件ANSYS ICEM CFD 15.0ICEM是ANSYS CFD软件族中前处理软件之一。
具有强大的网格划分功能，接口丰富，可接受绝大多数几何模型格式导入，例如AUTO CAD、SolidWorks、PRO/E等。
（2）求解软件ANSYS Fluent 15.0占据CFD领域绝对领先地位的流体仿真软件。
具有多种物理算法、物理模型。
在医学、航天、机械工程等领域均应用广泛。
（3）后处理软件Tecplot 360提供丰富的绘图格式，具备强大的CFD结果可视化功能，图形美观。
1.2 建筑风环境模拟过程使用计算流体力学对建筑室外风场进行数值模拟一般包括以下四个步骤：（1）几何模型的建立（2）对几何模型进行合适的网格划分（3）将划分网格后的模型导入Fluent，设置求解参数并求解（4）结果的后处理（速度云图、速度矢量图、压力云图等）1.2.1 几何模型的建立在几何模型的建立部分，现阶段采用的是陈宸的模型，他是根据彰武校区附近区域的城规图建立CAD 三维模型（据陈宸描述来自他建筑学院的朋友提供）。
建筑风环境CFD模拟案例
某小区区建筑风环境模拟报告目录1. 模拟过程及使用软件介绍 (2)1.1 建筑风环境模拟使用软件介绍 (2)1.2 建筑风环境模拟过程 (2)1.2.1 几何模型的建立 (3)1.2.2 网格的划分 (5)1.2.3 求解参数设置 (6)2. 模拟结果 (12)3. 建筑风环境模拟研究思路及问题 (16)附录I 从百度地图获取三维几何模型的尝试 (17)附录2 Fluent入口边界速度UDF命令 (19)REFERENCE (19)建筑风环境的研究主要有三种方式：现场实测、数值模拟和风洞试验。
随着计算机软硬件技术水平的发展，计算能力及计算精度不断提高，计算流体力学（Computational Fluid Dynamics：CFD）的理论和方法得到了不断改进。
基于CFD 技术对流场进行模拟具有操作周期短，操作成本低，可反复修改的特性，相比较于现场实测和风洞试验具有更广阔的应用前景。
但是由于数值模拟技术对输入的参数十分敏感，必须辅以现场实测或风洞试验的验证。
本次模拟区域直径500m，模拟的工况为10m高度处风速为10m/s，风向为225°，输出结果查看高度10m,20m,40m,78m,100m处的速度云图、速度矢量图和压力云图。
1. 模拟过程及使用软件介绍1.1 建筑风环境模拟使用软件介绍（1）前处理软件ANSYS ICEM CFD 15.0ICEM是ANSYS CFD软件族中前处理软件之一。
具有强大的网格划分功能，接口丰富，可接受绝大多数几何模型格式导入，例如AUTO CAD、SolidWorks、PRO/E等。
（2）求解软件ANSYS Fluent 15.0占据CFD领域绝对领先地位的流体仿真软件。
具有多种物理算法、物理模型。
在医学、航天、机械工程等领域均应用广泛。
（3）后处理软件Tecplot 360提供丰富的绘图格式，具备强大的CFD结果可视化功能，图形美观。
1.2 建筑风环境模拟过程使用计算流体力学对建筑室外风场进行数值模拟一般包括以下四个步骤：（1）几何模型的建立（2）对几何模型进行合适的网格划分（3）将划分网格后的模型导入Fluent，设置求解参数并求解（4）结果的后处理（速度云图、速度矢量图、压力云图等）1.2.1 几何模型的建立在几何模型的建立部分，现阶段采用的是陈宸的模型，他是根据彰武校区附近区域的城规图建立CAD 三维模型（据陈宸描述来自他建筑学院的朋友提供）。
流体模拟.通用CFD软件-phenics生活小区通风学习资料
1、 CAD下建立模型CAD模型要求：（1）三维实体模型；（2）在第一象限（或建立模型后移动到第一象限）；（3）STL格式输出。
建立如附件的CAD模型“三维实体总图（南区）.dwg”，输出“三维实体总图（南区）.stl”2、打开PHOENICS-VR,进入phoenics;Files;Start new case;Flair(调入CAD模型,按下面操作)OBJObjectNewNew ObjectShapeSTL File浏览找到：三维实体总图（南区）.stlOKThe size from Geometry file 改成 YESGeometry scaling factor 输入：0.001 （备注：CAD是mm单位，phoenics是 m 单位）OK调整PHOENICS-VR窗口（下面在PHOENICS下建立模型）MenuGeometryDomain size 1128 , 994 , 200APPLYOK鼠标选中建筑物模型（下面将建筑物移动到计算区域中间）PositionX:282Y:249ResetFit to windows (适合窗口)Nearest head on （正视窗口）OK下面建立边界条件ObjObjectNewNew objectType 里面选取 WINDAttributesWind speed 4.5Reference high 10Wind direction 45Profile type power lawInclude open sky YESOkOk(备注：以上操作主要设置了下面内容，东北风（45度）10米高的速度，选用了指数来流速度分布，天空的速度也是按指数来流速度计算出的，同时你也可以选取度面的粗糙度)现在已经可以计算，不过在计算前先检查一下网格，缺省设置的网格太粗，需要加密。
MenuGeometryX-auto Y-auto Z-auto 鼠标点击改变成X-Manual Y-Manual Z-ManualX-directionFree allOkY-directionFree allOkZ-directionFree allOkNumber of cells 60 60 20ApplyOkSourcesGravitational forces offPropertiesThe current domain material is 选择 gas 里面的 0号物性OkNumersTotal number of iterations 1500OuputMonitor-cell locationProb position500 500 5 (设置监视点位置)Top MenuOk模型建立结束RunSolverOk计算结束以后进入后处理RunPoster processorVR-viewerOk可以看速度、压力等矢量、标量图，画流线可以作出动画。
fluent软件在建筑物风环境问题方面的应用
ｆｌｕｅｎｔ软件在建筑物风环境问题方面的应用韩浩玉胡非（中翌科学院丈气物理霹｝究瓢大气边界攫物理与大气化学国家重点实验塞１０００２９）摘要建筑物的存在（以方澎或矩形为侧），引起本底流的速度硒和压力场变化，如图１所示。
当来流与建筑物缝风蕊垂赢时，其绕流流场搿分凳三个区域，鄄位移区、室腔区糯尾漉区。
建筑物对驸近风场的影响辑产生弱恁害主要有两方瓶，一是在建筑物迎风面拐角处，由于流线密集导致风速的增大，造成拐角附近幸亍太不安全；舅一方瑟，建筑物舔近菜鎏地方风速骥变，且不稳竞，形成不好逢驰风珥境。
对风环境滴题的研究，比较多的是采用风溺实验、袋场翳测、数学模型等方法。
隧藿计算规技术的发展，数馑模式方法或为这一领竣的发展方向。
本文就是利用Ｌｅｎｔ软件对建筑、物周围的风场进行了模拟和分析。
７ｎｕｅｎｔ软件由藩名的计算流体力学软件公霹Ｆｌｕｅｎｔ生产，可戳用来模撅献不胃篷缩到琏度霹援缨范爨内麴复杂流动。
针对不弱鳇流动，ｆｌｕｅｍ提供了多种模型，本文选用其中的ｋ，湍流模型进行计算。
本文所选建筑物尺寸为Ｌ×Ｈ×Ｗ＝３０ｍ×３０ｍ×１０ｍ，分尉计算了单钵建筑物风从燕嚣歇、联个建筑物组套双从正璇和侧面吹的情况，所选计算区域为２００ｍ×９０ｍ×２５０ｍ，如图２所示。
计算馘域粥ｆｌｕｅ哦软律牵的黼萋簸理器ｇａｍｂＡ采弼兰图ｌ方璐建筑物绕流流场示意图翌２计舞对象及计算毯域示慧臻角形嬲格避行嬲撂他，襁始风速取１０ｍ／ｓ，方内正ｘ方肉，模拟缝暴见驸图。
从图一中Ｗ以嚣到以下几个明显的区域：建筑物迎风面的阻塞、建筑物上表面及侧表两的流体分离．建筑物下风向的隧流满旋以及又一次的流体分离．这与前面所提到的建筑耪绕滚滚场是一致豹。
鬻二辩圈兰主簧显示建筑耨乏闻流场情况．图＿＝中建筑物之闻宥夺的涡蕊。
聪圈点中建筑物之阕形成强风区，朗渠道效疲。
从风速大小妁变他采看，建筑物迎风面风速迅遮变小，而在上表面及侧表面以及当风从两个建筑物之间穿过时形成强风区，风速比初始风速增太约０．４倍，并且通道风速略大子拐角风速，在建筑物背面则形成弱的，一，；』～一，一矽／■｝＼∥。
试析室外风环境CFD模拟
试析室外风环境CFD模拟0.引言CFD具体指的是计算流体力学的一种模拟测算与设计方式，这种方式近似于方程求解的计算方式。
随着我国商用软件的不断开发与应用，CFD模拟计算技术在工程界逐渐发挥出越来越大的实际作用。
本文主要对室外风环境下CFD模拟的建筑设计要素进行探究，结合CFD模拟设计案例进行分析与研究，为我国今后的室外风环境CFD模拟规划与设计工作提供可行性参考。
1.室外风环境下的CFD模拟建筑设计机理1.1选取有效的数学参考模型在我国常见的建筑小区内部，室外风环境的流动特征具有不可压缩性与低速湍流性。
常用的数学模型具体分为大涡模拟模型及标准k-ε模型等多种形态。
其中大涡模拟模型旨在利用非稳定状态的NS方程式来直接模拟大尺度涡，通过这种方式对区域环境内的CFD模拟情况进行准确测算与记录[1]。
大涡模拟模型在使用过程中不会直接计算小尺度涡，对计算机的速度与内存要求较高，往往还需要计算很长时间，在使用过程中需要根据实际情况进行准确选择。
标准k-ε模型的使用成本较低，其数值波动较小，但计算结果以及精密度较高，在低速湍流数中的应用效果显著。
建筑规划设计人员在实践工作中应根据不同模型的实际特征，准确选择相应的数学参考模型进行计算。
1.2选择正确的计算区域及物理模型随着我国建筑形式的不断发展与变化，当下社会在建筑风格设计的多样性与功能性上出现了极大的改变，小区建筑在正常规划与设计的过程中更需要切实满足住户的是要求，在规模形态的设计与要求上更需要符合整体区域环境的特征，切实保证小区建筑的整体性与功能性[2]。
小区建筑在使用过程中风场作用的范围较大，因此，建筑规划设计人员在实践过程中应对小区建筑的整体区域环境进行准确判断与计算，如果过分增大计算区域，则会相应的增加计算成本，但是如果计算区域不足，则会严重影响规划设计的质量及准确性，因此，如何选择计算区域逐渐成为建筑规划设计人员需要重点关注的问题。
同样，建筑规划设计人员在选择小区模型的过程中，一般都应该选用AUTCAD来进行设计，以此提高建筑模型的精准程度，但在某些特殊情况下，为减小计算的节点、加快模型制作的速度，建筑规划设计人员往往需要忽略实际建筑群当中的微小凹凸处，直接选用与实际建筑接近的模型，通过计算结果进行准确分析。
浅谈CFD技术在建筑风环境模拟中的应用
浅谈CFD技术在建筑风环境模拟中的应用摘要近年来，建筑的风环境越来越多地引起人们的重视。
风是构成环境，尤其是室外环境的重要因素之一，风和城市环境、建筑环境有着密不可分的关系，并对城市规划、建筑设计和结构设计等领域起着很大的影响。
然而人们对风环境的掌握十分困难，传统的模拟手段费时、费力，且结果收集存在误差。
近些年来，CFD技术越来越多的被各行业的技术人员用来作数字化模拟的手段，其不可替代的优势必将使建筑模拟技术实现新的飞跃。
关键词：建筑风环境CFD技术AbstractIn recent years, more and more people pay attention to building wind environment. Wind is one of the important factors constituting the outdoor environment, wind and the urban environment, the built environment has a close relationship, and urban planning, architectural design and structural design field plays a big impact. However, it is very difficult to master the wind environment, The traditional analog means consuming and laborious. In recent years, more and more of the technical staff of the various industries used CFD technology as a means of digitized analog, its irreplaceable advantages will make the building simulation technology to achieve a new leap.Keywords: Building wind environmentCFD technology0.引言人、自然、建筑、城市一直是紧密相关的概念，而风与他们都有关系。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
《建筑室外风环境CFD模拟》
主讲人：第七代师兄
本教程由百度文库账号：a谷雨c燕，原创，任何侵权行为，将追究法律责任和经济赔偿
01建筑风环境研究方法
建筑室外风环境评价建立CFD 建筑模型建筑风环境-网格划分
02
03
04
05
06速度云图-矢量图
压力云图-建筑表面压力分布
编写建筑风环境模拟报告
课程小结及安排
07
08
09
10
参数设置及迭代计算
（前3节，可免费试看）
主讲人：第七代师兄
本教程由百度文库账号：a谷雨c燕，原创，任何侵权行为，将追究法律责任和经济赔偿
本教程由百度文库账号：a谷雨c燕，原创，任何侵权行为，将追究法律责任和经济赔偿
巷道风
建筑群风环境
风对建筑的影响效应
冲刷
边角增强
巷道风
建筑遮挡效应
建筑自身
1.建筑室外风环境概述
1.建筑室外风环境概述
建筑室内通风-节能
本教程由百度文库账号：a谷雨c燕，原创，任何侵权行为，将追究法律责任和经济赔偿
城市中高大建筑的数量与日俱增，这些建筑将很大程度上，改变城市风环境分布。
高大密集的建筑群降低了城市的通风、净化能力，加剧了在低风速条件下城市的空气污染和热岛效应。
建筑风环境问题
此外，在风速较大时，高大建筑周围会产生局部强风，影响行人室外活动的舒适与安全，甚至引发行人一系列的风环境问题，造成经济损失。
计算机数值模拟（Computational Fluid Dynamics: CFD ）是在计算机上对建筑物周围风流动所遵循的动力学方程进行数值求解，可以准确地模拟计算建筑内外的三维速度场、温度场，压力分布等可以，分析和评价建筑群的室外风环境现状，为建筑设计规划提供参考依据。
建筑风环境问题
风环境模拟的意义
风环境模拟的意义
良好的建筑室外风环境，一方面可以保障建筑室内良好的自然通风，满足人员舒适度要去，另外一方面可以减少系统设备运行使用频率，实现建筑节能的目的。
1.建筑室外风环境概述
1.建筑室外风环境概述
感谢观看Thanks for watching
主讲人：第七代师兄
本教程由百度文库账号：a谷雨c燕，原创，任何侵权行为，将追究法律责任和经济赔偿
风洞试验网格法
CFD数值计算2.研究方法
本课程采用CFD（计算流体力学）方法对风场进行求解。
模拟中采用标准k-ε模型求解项目周边的风环境状况，涉及到的控制方程主要包括：连续性方程、动量方程、能量方程，可以写成如下通用形式：该式中的φ可以是速度、湍流动能、湍流耗散率以及温度等。
针对不同的方程
，其具体表现形式如下表所示。
2.控制方程
建筑来流方向风速为非均匀分布，不同高度平面上的来流风速大小沿建筑高度方向按梯度递增。
模拟分析时按大气边界层理论设置来流风速，不同地形的风速梯度不同
，如图所示。
不同高度的风速不同，高度与风速的计算公式如下：
式中：
V h —高度为h 处的风速，m/s ；
V 0—基准高度h 0处的风速，m/s ，一般取10m 处的风速；
n—指数，根据《建筑结构荷载规范》GB 50009—2001，地面粗糙度可分为A 、B 、C 、D 四类：——A 类指近海海面和海岛、海岸、湖岸及沙漠地区，指数为 0.12；
——B 类指田野、乡村、丛林、丘陵以及房屋比较稀疏的乡镇和城市郊区，指数为 0.16；——C 类指有密集建筑群的城市市区，指数为 0.22；
——D 类指有密集建筑群且房屋较高的城市市区，指数为0.30
；
2.气候状况
1）根据《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》GB50736-2012附录，得出某市常年风向数据如表；
2）通过当年的气象数据手册，气象台购买资料
3）天正南通、鸿业负荷计算模块，有全国各地气象数据库
4）查相关文献资料
夏季、过渡季 3.0SE
冬季 3.0N。