高层建筑三维定常风场数值模拟
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第 !# 卷
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标准 !" "#$%&’$(%# !" ! 模型、 ! 模型与风洞试验压力系数 #$ 比较
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$ / 式中 进流面： 速度进流边界条件 （ .(*2A+1B0+C*(1） ， 模拟大气边界层风速剖面指数分布， （ % -ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ%5 ） （ . - .5 ） D
取建筑物顶部高度 （655 8） 和风速 （:5 8 ； .5， % 5 为参考高度和参考高度处的风速， .， % 是流域中某高度 ・4 E " ） 本文取 5 ! 67， 取法与文献 ［ :］ 相同 ! 平均风速剖面采用 F*G(C1 提供 和对应的平均风速； $ 为地面粗糙度指数， 的 HIF （ G4(/0J(K+C(J KGCA1+2C4） 编程与 F*G(C1 作接口实现 ! 出流面： 由于出流接近完全发展， 采用完全发展出流边界条件 （ 2G1K*2L） ! 流域顶部和两侧： 采用对称边界条件 （ 4B88(1/B） ， 等价于自由滑移的壁面 ! 建筑物表面和地面： 采用无滑移的壁面条件 （ L)**） ! !"$ 湍流模型及壁面处理
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第8期
杨
伟， 等： 高层建筑三维定常风场数值模拟
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图! "#$% !
网格划分 &’() (*)’+’
钝体流动出现分离、 再附、 冲撞、 环绕及涡等一系列复杂的流动， 选用非平衡壁面函数以模拟壁面附近复 杂的流动现象 !
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计算结果及分析
压力等值线 量纲一的压力系数 !" 定义为
（$） !" # " " $!% " # *+ 式中： （操作压力取为 #， 即为动压） ； 取为 % ! ""& ’( " 为相对压力 % # 为建筑物顶部的风 ・) ； ! 为空气密度， ［$］ 速 & 两种模型迎风面和侧面的 !" 等值线与风洞试验 的比较如图 ",， "- 所示 & 两种模型背风面的 !" 等值线 与风洞试验的比较见图 ". & 图 ",， 两种湍流模型针对高层建筑抗风研究所关心的迎风面和处在分离区的侧面的风压计算， "- 表明， 与风洞试验结果基本吻合； 而两种模型计算结果之间很接近， 差别很小 ! 在迎风面， 两种湍流模型的计算结果
［)］ ［!］ 面临诸多困难 土木工程抗风研究的数值模拟在我国刚刚起步 ， 因此进行 O=L 计算中具有挑战性， * 目前， 这方面的研究很有必要 * 本文基于专业 O=L 软件平台 =0>52; ? 计算了单栋建筑 （长 U 宽 U 高 V !& - U !& - U 静态绕流的风流场 * 重点放在合理建立适应于钝体结构的数值风洞模型的探讨上， 包括网格的划分， !"" -）
万方数据
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第 #" 卷
要考虑模型对所求解问题的适用性 ! 文献 ［"， 探讨了各种湍流模型对钝体流场计算的适用性 ! 本文计算的 #］ 的标准 !" 几何模型为一长方柱 （模拟高层建筑） ， 选用实际工程中应用广泛的基于雷诺均值 （ $%&’） ! 模型和 近壁面配合非平衡壁面函数进行处理 ! 比较了两种模型数值模拟结果的差异， 并与风洞 $()*+,)-*( !" ! 模型， 但在钝体流场的数值模拟中具有代表性， 便于与试验结果对照， 试验数据进行对比分析 ! 模型外形虽然简单， 可以探讨它们在数值模拟钝体绕流的适用性 ! 对方柱的成功模拟将给更复杂钝体流动现象的数值模拟提供 有价值的参考 !
:;8+%(’+：R2 ;:/M S.S5J， ;:5 M;5.N1 4/2N K074K/50N 7K . DL :/3:,J/M5 6>/0N/23 /--5JM5N /2;7 .;-7MS:5J5 67>2N.J1 /M 2>, -5J/<.001 M/->0.;5N 6.M5N 72 =0>52; ? * " * B47 ;>J6>052<5 -7N50M， M;.2N.JN !" .J5 >M5N * ! -7N50 .2N @5.0/A.605 !" ! -7N50， E2N ;:5 :16J/N -5M: M<:5-5 /M .N7S;5N * B:5 N5;./05N <7-S.J/M72 65;4552 2>-5J/<.0 M/->0.;/72 .2N 4/2N ;>2250 ;5M; /M 3/P52 * B:5 J5M>0;M M:74 ;:.; 67;: M;.2N.JN !" ! -7N50 .2N @5.0/A.605 !" ! -7N50 /2 =0>52; ? * " <7>0N 3/P5 J5M>0;M KJ7- ;:5 P/54 7K 523/255J/23 .SS0/<.;/72 * T745P5J， ;:5 @5.0/A.605 !" ! -7N50 /M J50.;/P501 -7J5 J5.M72.605 * <$0 2,%/8：<7-S>;.;/72.0 4/2N 523/255J/23；:/3:,J/M5 6>/0N/23；2>-5J/<.0 M/->0.;/72 工程结构的抗风研究主要采用试验的方法在风洞中完成， 随着计算机硬件水平的飞速发展和 O=L （ <7-, 技术的不断完善， 出现了与试验相对应的数值模拟方法 * 数值模拟较之传统的风洞试 S>;.;/72.0 K0>/N N12.-/<M） 验主要有以下优点： 所需周期短、 效率高； 可以进行全尺度的模拟， 克服风 ! 成本低， " 不受模型尺度影响， 洞试验中难以满足雷诺数相似的困难； 及早发现问题； # 可以方便地变化各种参数， $ 易于实现结构设计 的数字化， 一体化 * 总之， 数值模拟较之传统的风洞试验有诸多优点， 数值风洞技术正逐渐成为辅助传统试验 风洞的强有力的工具 * 土木工程结构抗风的数值模拟有其自身的特点， 研究的对象多是钝体绕流问题 * 钝体流场的数值模拟在
第 D) 卷第 ? 期 !""D 年 ? 月
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高层建筑三维定常风场数值模拟
杨 伟， 顾 明
!"""’!） （同济大学 土木工程防灾国家重点实验室， 上海
摘要：基于软件平台 =0>52; ?， 采用混合网格进行网格划分， 选用标准 !" ! 和 @5.0/A.605 !" ! 两种湍流模型计算了大气 边界层中单栋高层建筑的定常风流场， 并将数值计算结果与风洞试验进行了比较 * 结果表明基于 =0>52; ? 的标准 !" 但相对而言， @5.0/A.605 !" ! 模型和 @5.0/A.605 !" ! 模型均能给出工程应用精度的结果； ! 模型更为合理 * 关键词：计算风工程；高层建筑；数值模拟 中图分类号：BC ’$D * !)D 文献标识码：E 文章编号："!&D # D$%F （!""D） "? # "?%$ # "&
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物理模型的建立
控制方程 计算风工程中， 钝体绕流问题的控制方程是粘性不可压 &).+(/0’123(4 方程 ! 基于雷诺平均的控制方程可 ! （ "%$ ）& 5 !#$
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! ! !+ ! !%$ !( （ （6） * " %, $%, ) ) %$ ）( （ %$%) ）& * (# ( " " !’ !#) !#) !#) !#) !#$ 与耗散率! 输运方程不同 ! 其! 方程中生 $()*+,)-*( !" ! 模型的湍动能 ! 输运方程与标准 !" ! 模型相同， 成项与 ! 无关， 被认为更适于表达能谱传输 ! $()*+,)-*( !" ! 模型在范围广泛的流动现象包括分离流动中得到 验证 ! !"! 前处理 ! ! ! ! # 几何建模及网格划分 高层建筑的几何尺寸为 67 8 9 67 8 9 655 8， 计算流域取为 :67 8 9 :67 8 9 " 667 8， 建筑物置于流域沿 方柱的形状几何对称， 为了在有限的计算资源下提高计算精度和效率， 故 流向前 " ; # 处 ! 由于模拟定常绕流， 利用对称性沿纵向取一半流域进行计算 ! 对流域边界面及方柱表面首先用三角形单元进行离散， 柱面较密， 远离柱面的界面区域较稀疏 ! 在边界 面上共生成 77 <": 个节点和 """ =6: 个面单元 ! 体网格生成过程中， 首先在方柱表面生成 : 层包围柱体的棱 柱单元， 然后由边界面和棱柱单元的最外层表面向中间流域生长四面体非结构边界层网格 ! 计算表明， 这种 混合网格比完全非结构网格的精度提高 "5> ? 65> ! 经初始化和细化， 完成整个流域混合网格的划分， 最后 得到 ="< 7@@ 个体单元的混合网格 ! 网格划分如图 " 所示 ! !!!!! 边界条件的设定
高层建筑物绕流风场的数值模拟研究.
西安建筑科技大学硕士学位论文高层建筑物绕流风场的数值模拟研究姓名：郁有礼申请学位级别：硕士专业：供热、供燃气、通风与空调工程指导教师：张鸿雁20050401表３．１基本控制方程组参数方程西１１Ｓ连续性１ＯＯｘ—动量玑“一面＋瓦ｏ“ｉ’＋西∽ｉ’湍动能女丘”ｔｌｏｋＧｋ一声耗散率ｓ占ｕｊ｜ｄｃ导（ｃｌＧ。
一ｅ２ｐｅ）庀３．１．２几何模型本文模拟的实际建筑物几何尺寸为２５ｍ＞＜２５ｍ×７５ｍ，三维建筑物模型尺寸Ｏ．０５ｍＸ０．０５ｍ×Ｏ．１５ｍ，缩尺比１：５００。
在水平流场中，模型尺寸为０．０５ｍ×０．０５ｍ，模型的形状几何对称，为了在有限的计算资源下提高计算效率，故将水平面沿纵向取一半流域进行计算。
计算区域取为ＸＸ＇］『＝２．０５ｍＸＯ．４２５ｍ，模型置于流域沿流向前Ｏ．６ｍ处。
在二维流场中，模型尺寸０．０５ｍＸ０．１５ｍ，计算区域取为Ｘ×Ｙ－２．０５ｍ×０．７５ｍ，模型置于流域沿流向前０．６０ｍ处。
３．１．３网格划分前处理在Ｇｍａｂｉｔ中进行，采用分区划分网格的方法，即将计算区域划分为若干个互相联系的子区域，每个子区域单独划分网格。
因固体区不进行流动计算，先将固体区删除，然后将流体区划分为若干个子区域，图３．１网格划分竖宣面示意图图逐个划分网格。
建筑物模型壁面附近布置了较密集的网格，离模型较远的区域采用较稀疏的网格，均为四边形的结构化网格。
【２２】图３．２网格划分水平面示意图３．１．４迭代计算１．运行环境的选择参考压力（ｏｐｅｒａｔｉｎｇｐｒｅｓｓｕｒｅ）设置为标准大气压１０１３２５Ｐａ，不计重力影响，不考虑热交换。
２．计爹玮裂选用标准ｋ—ｅ模型和Ｒｅａｌｉｚａｂｌｅｋ—ｅ模型。
在固体壁面附近，因粘性作用加强，必须话安建筑科技大学预＿＝Ｊｊ沦艾ｉ；；ｊｉｉｉ；；ｊｚｊｉ；ｉ；；ｊｊ；；ｉｉ；；；；；；＃；；；；目ｉ；；；嗣；∞；；；；；‘≈；；；；ｉ；ｉｉ；ｉｉａｉｉｉｉｉｉ；；ｉｉ；ｉｉｉｉｉｉ；＝；ｉ；ｊ；；；二；·盂＊茹为Ｒｅａｌｉｚａｂｌｅｋ—ｓ模型模拟结果。
高层建筑三维定常风场数值模拟
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高层建筑屋顶风能利用的数值模拟
高层建筑屋顶风能利用的数值模拟杨蓉;彭兴黔【摘要】In order to improve the efficiency of wind energy utilization, an open storey is added on the roof, the influence of various open storey height to wind energy was analyzed by CFD numerical model. Ie's shown: the open storey can in-crease remarkably the wind speed. Installing Wind generator above or on the open storey, the influence of open storey height and wind generator height was analyzed, then the optimal heights of open storey and wind generator are obtained to achieve the maximum wind energy collection.%为了进一步有效提高屋顶风能利用的效率,在屋面之上加设一架空层,运用CFD数值模拟分析不同高度架空层对风能收集产生的影响,探讨其可行性并得出架空高度和风机安装高度最优值.研究表明:架空层的设置对增大屋顶风速有显著效果；在架空层顶板之上或之下的空间安装风力发电机,并控制架空层高度,比较分析得出合理的架空层高度和风力机的安装高度,以求达到最理想的风能利用效果.【期刊名称】《华侨大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2012(033)001【总页数】5页(P69-73)【关键词】风能;高层建筑;架空层;风速比;数值模拟【作者】杨蓉;彭兴黔【作者单位】华侨大学土木工程学院,福建厦门 361021;南华大学环境保护与安全工程学院,湖南衡阳421001;华侨大学土木工程学院,福建厦门 361021【正文语种】中文【中图分类】TM614风能作为储量丰富且可再生的绿色能源，已逐渐受到世界各国的重视.日本已开发出专用于写字楼、商店和家庭的“小型微风风力发电机”，其高度仅为3～5m，叶片直径也只有2～4m，启动风速可低至2m·s－1；加拿大多伦多市安装在国家展览馆的风力发电机至今已经生产了超过100万kW的电能［1］.在我国，风电场基本建于偏远地区，这与城市中巨大的耗电量产生矛盾，因此，将风电引入城市成为能源应用的必然趋势.目前，风力发电机技术已经相对比较成熟，但与其对应的建筑风能利用方法却相对滞后.S.Mertens曾提出3种可作为风力集中器的建筑形式，其中将风力透平放置于屋顶的建筑称为非流线体型建筑［2］.文献［3］的研究表明，屋顶的风力强化效果要比扩散形式稍差.由于风能大小与风速三次方成正比，即风速的提高是风能增大的决定性因素.因此，本文主要研究如何采取简便易行的措施来显著提高可利用风能.首先，分析加设架空层对屋顶风能利用有利的区域.在0°风向角下，有无架空层的风速云图对比，如图1所示.从图1可以看出：架空层顶板迎风边缘上方风速显著增大，风速等值线下移；空气的再附着发生在顶板上表面；风速较大区域为顶板上方，显然可利用的位置在此区域内.根据特性布置研究测点.模拟的建筑尺寸选取高为50m，宽为20m，长为50m，并以面50m×50m为0°风向角时的迎风面.顶板平面尺寸与建筑屋面相同.由于顶板与屋面间有一定距离，且具有对称性，考虑在建筑屋面中心、角点、迎风前缘，以及顶盖的中心、前缘、角点和侧边中点等7个代表性位置进行分析研究，如图2所示.数值风洞计算域的设置遵循阻塞率不大于5%的要求给予合适的尺寸.采用SSTk－ω模型，入口风速为3.1m·s－1，湍流强度采用日本AIJ规范建议的公式［4］，梯度风高度为400m，C类地貌粗糙度系数α＝0.22；风剖面采用达文波特的指数率形式［5］；计算域壁面为自由滑移壁面，建筑物表面和地面为无滑移壁面；出口边界采用压力出口.风速在有建筑影响和无任何干扰时同一高度的比值，称为风速比［6］.由于风速会不断变化，而风速比值却不随时间而改变，因此利用风速比进行分析更具有实际意义.其表达式为通过风速比表达式，可以清楚地知道对风速增大最有利的建筑位置和高度.在0°风向角下，加设不同高度（h）架空层的7个测点位置风速比（Cr，i）的比较结果，如表1所示.表1中：无架空时取图2（b）所示的4个测点位置进行计算，所得结果与加设架空层后的结果进行比较.从表1中数值可以得出如下几点结论. 1）除顶板下的屋面中心和迎风前缘处的最大风速比小于1外，其余位置均大于1.这就说明架空层的设置对靠近屋面，尤其是屋面中心处的气流区形成阻碍，降低了风速；同时，对顶板之上区域则起到提高风速的作用，绝大多数都提高10%以上. 2）无论架空层高度为多少，风速比显然比无架空时相应位置处的数值大出不少，提高的程度从到小依次为测点5，6，4，7，即迎风前缘、角点、中心点和侧边中点.这一比较恰好证明了在0°风向角下，加设架空层对增大风速是非常有利的，从而验证在屋顶加设架空层来收集风能是可行的.3）测点位置1的风速比值很小，最低在0.31，随着架空高度增加呈波动上升；当高度达到2.0m时，骤然变陡，往后上升的速率也始终较快.当顶板高度在4.0m时，最大风速比值接近于1，恰好克服建筑对流场的不利影响；直到高度变为5.0m，风速比值才大于1，达到1.09，约等于无架空时此位置处的计算结果.即在5.0m高度时，顶板对板下屋面中心风速的影响可忽略不计.4）测点位置2的风速比也基本小于测点位置1，但其走势较缓，在高度为4.0m 时，风速比值达到1；在高度为5.0m时，风速比值大于1但变化仍不显著.5）测点位置3的风速比随着顶板高度的变化呈现两起两落的趋势.在架空高度为0.5，2.0m时较小，在0.2，5.0m时最大，但总的来看，其波动不大且风速比值始终大于1.若架空层达到一定高度也可在此处放置风机.6）测点位置4，7的风速比受架空层高度变化的影响几乎可忽略不计，基本呈水平直线的走势，且两位置的风速比值非常接近，大都在1.1左右，比无架空的情况高出大约6%.7）测点位置5的风速比受架空高度变化影响较明显，从0.1m到5.0m不断增大，并在5.0m时达到最大值；同时值得注意的是，从2.0m开始，其值变化很小，且都在1.2以上，这比无架空时的相应位置风速比要大约18%.8）测点位置6的风速比值绝大部分都在1.5以上，但随高度变化不断起伏.在0.2m和2m时达到最大，约为1.2，比无架空层时高出大概17%.以上分析除表明架空层的设置对收集风能明显有利之外，也表明测点位置5，6两处是风能利用的最佳位置.类似于0°风向角时的分析，在90°风向角下，各测点位置的风速比如表2所示.从表2可以看出：与0°风向角时相比，90°风向角的风速比大部分减小，只有测点位置6，7处的风速比值相应变大.对照0°风向角的情况，这一现象表明迎风向的屋面边缘对提高风速是有利的，以及短边迎风时对角点处的风速提高是更有利的.与无架空层时此风向的结果相比，测点位置4，5的风速比值只有非常微小的提高，而测点位置6，7的风速比值提高很显著，多达20%以上.也就是说无论风向角如何，加设架空层始终对增大屋顶可利用风能是有利的，再一次验证了加设架空层的可行性及成效.测点位置4，5的风速比值随着架空高度变化几乎无影响，且其值相差无几；测点位置6，7的风速比值不断波动，不同的是测点位置6处的风速比值在0.5m高架空值时达到最大，而测点位置7处的风速比值在4.0m高时达到最大.根据表2中的风速比值的比较可知，选择0.1～2.0m高的架空层都是合理的.若风机安装高度太大，不利于安装和维护，可行性不高；而风机安装高度太小，又无法正常放置和使用风机.对于屋顶加设了架空层的高层建筑，风力机显然应该放置在顶板之上.在0°和90°风向角下，风力机安装的最佳高度如表3所示.2.3.1 0°风向角 1）测点位置3的风速比值较大，且当架空层较高时也可以在此处放置风机，所以将其考虑在内.从表3中可以看到，这个位置的风机安装高度是随着架空高度增加也不断变大的，而且不论对于何种架空高度风机安装的最佳高度都距离顶板非常近.由于风机本身尺寸的原因，无法正确合理的放置，因此，可在不过多减小风速比的前提下适当降低风机安装高度.2）对于顶板之上的4个放置风机的位置，与无架空的情况相比，风力机安装的最佳高度都大幅度降低，尤其是测点位置6，这是非常突出的一个优点.测点位置4的风机安装高度随着架空高度变化波动较大，在架空为2.0m以下时，风机高度都达到十几米，而在之后都在十米以下.综合考虑施工难度，原料用量和表中所得风机高度大小，选择2.0m高的架空层为宜.测点位置5处的风机安装高度随着架空高度增加逐渐减小，到高度为3.0m后则保持不变.测点位置6的风机安装高度计算结果都很小，对于安装风机是非常有利的.测点位置7处的风机高度基本不受架空层高度影响，都在8.8m左右，但比无架空层时的风机安装高度已减小将近50%.2.3.2 90°风向角与无架空时的情况相比，各个位置的风机安装最佳高度均有所减小，特别是测点位置6，7.对于无架空一栏中的“无”表示此位置的风机高度总是随架空高度增加不断增加，无所谓最优.虽然0.1～0.5m的风速比值比较理想，但其风机安装高度相对较高，因此仅需再比较1.0，2.0m的情况.显然，在测点位置4，5，6的风速比值基本相等，而测点位置7在1.0m时的风速比值还小于2.0m 时的风速比值.另外，从风机安装高度来看，由于测点位置6，7的高度都非常小，可不加以比较，而测点位置4，5处1.0m时风速比值均高于2.0m时的风速比值.因此，仍选取2.0m高的架空层为宜.由于顶板上、下均有气流通过，为避免出现被掀翻的现象，需考虑其所受风压大小，以保证正常使用功能.在0°和90°风向角下，顶板所受风压测试结果如表4所示.表4中：pup，pdown分别表示上、下表面的风压；ptot＝pdown－pup.明显地，不论0°还是90°风向角，顶板上下表面均受负压，即上下表面都受风吸力，这样顶板所受合力的方向便取决于各面吸力大小.从表5可以看出，总风压为正，顶板受向上的力.随着顶板高度的增加，上表面吸力越来越大导致总风压越大.由于下表面的吸力以及顶板自身重力，能够平衡一部分向上的吸力，若要保证足够安全可靠，可适当加大顶板自重，以防止大风时被掀翻.90°风向角时，除架空层为0.1m和0.3m高度外，其余高度下的总风压均是负值，表明总风压向下，对顶板自身可靠性是非常有利的.而且，随架空高度增加，总风压值越大，越为有利.通过上述讨论分析，加设架空层对屋顶风能收集的帮助是不容忽视的，不仅大大降低了风力机可安装的高度，还显著提高了风速比.经过反复模拟比较，选择2m高的顶板.风机放置在顶板之上中点，角点，迎风前缘和侧边中点处，效果都是良好的.如果从经济效益方面进行讨论，可根据局地气候条件，使用风电机类型和用电收费情况得出收益大小，成果显著.此方法事实上不受建筑高度限制，可应用于任何地区、任何类型的建筑之上，并能随着风电机技术的不断完善进一步获得更为满意的发电效果.它的普适性和易操作性可使城市小区住宅、商业办公等用电紧张问题得到大大缓解.【相关文献】［1］田蕾，秦佑国.可再生能源在建筑设计中的利用［J］.建筑学报，2006（2）：13－17.［2］MERTENS S.Wind energy conversion in the built environment［C］∥1st SWH International Conference on Renewable Energies.Segovia：［s.n.］，2003：7－10.［3］潘雷.建筑环境中的风能利用［D］.济南：山东建筑大学，2006.［4］Architechtural Institute of Japan.AIJ recommendations for loads on building［S］.AIJ：［s.n.］，2004.［5］黄本才，汪从军.结构抗风分析原理及应用［J］.上海：同济大学出版社，2008.［6］MERTENS S.The energy yield of roof mounted wind turbines［J］.Wind Engineering，2003，27（6）：507－517.。
标准低矮建筑TTU三维定常风场数值模拟研究_殷惠君
张其林(1962)，男，江苏人，教授，博士，博导，主要从事新型建筑结构技术的研究； 周志勇(1971)，男，江西人，副研究员，博士，硕导，主要从事桥梁抗风防灾的研究。
已有研究表明同一个模型预测性能的好坏与 具体问题有关，目前还没有找到对各类问题预测性 能都优良的模型。从现阶段工程计算的要求与可能 提供的计算设备来看，研究的主要任务之一与其说 是找到一个统一的、适用一切情况的湍流模型，倒 不如认为是要查明不同模型的适用范围更确切些。 此外从工程应用的角度来说，选择湍流模型时还要 兼顾使用方便、计算简捷等方面。
为了完成 CFD 计算，过去多是用户自己编写 计算程序，但由于流体计算问题的复杂性及计算机 软硬件条件的多样性，使得用户各自的应用程序往 往缺乏通用性，而 CFD 本身又有其鲜明的系统性 和规律性，因此，比较适合于被制成通用的商用软 件。FLUENT 是由美国 FLUENT 公司于 1983 年推 出的 CFD 软件。它是继 PHOENICS 软件之后第二 个投放市场的基于有限体积法的软件。FLUENT 是 目前功能最全面、适用性最广、国内使用最广泛的 CFD 软件之一。FLUENT 提供了非常灵活的网格特 性，可使用非结构网格，包括三角形、四边形、四 面体、六面体、金字塔形网格来解决具有复杂外形 的流动，还可使用混合型非结构网格。它允许用户 根据解的具体情况对网格进行修改(细化/粗化)。针 对湍流模拟，FLUENT 提供了包括 k − ε 模型、 Reynolds 应力模型、LES 模型、标准壁面函数、双 层近壁模型等[4]。
建筑小区内气流流场的数值模拟分析
建筑小区内气流流场的数值模拟分析文摘：本文采用计算流体动力学CFD（computational fluid dynamics）的方法，对北京地区冬季北风情况下某建筑小区内的气流流动进行了数值模拟仿真。
借助数值模拟能模拟真实情况、资料详细的优点，对该小区两个主要区域在冬季北风向这一不利工况下的气流流动情况进行了分析，由此可见，通过CFD方法对小区气流流动进行模拟仿真，并且以直观形象的可视化结果展现于设计者和客户，可方便地对小区布局设计进行指导以及对小区内微气候进行评价。
1. 前言建筑师们在设计建筑小区时，注意力多集中在建筑平面的功能布置，美观设计及空间利用上，而很少考虑到小区内高层、高密度建筑群中气流流动情况对人的影响：局部地方（尤其是高层）风速太大可能对人们的生活、行动造成不便，也有可能在某些地方形成旋涡和死角，不利于室内的自然通风，从而形成不好的小区微气候。
因此，为了营造绿色舒适的建筑小区微环境，需要在规划设计阶段对小区内气流流动情况作出预测评价，以指导设计。
通常可用模型实验或者数值模拟的方法对小区内的空气流动进行预测。
模型实验方法周期太长，价格昂贵，不利于用于设计阶段的方案预测和分析；而数值计算相当于在计算机上做实验，相比模型实验方法周期较短，价格低廉，可以以较为形象和直观的方式将结果展示出来，利于非专业人士通过形象的流场图和动画了解小区内气流流动情况。
因此这里将介绍利用数值模拟技术模拟仿真小区内气流流动的详细情况，藉此对小区微气候作出评价分析以及对小区的设计作出改进优化。
国外早在1980年代就利用数值模拟手段对室外气流流动进行研究，但主要针对单体建筑[1]。
近年来，我国也开始对高密度的建筑小区这一具有中国特色的建筑形式内的气流流场进行数值模拟研究[2]。
随着计算机技术、数值计算技术以及湍流模拟技术的发展，如今我们可以对非常复杂的实际建筑小区内气流流动进行模拟仿真，方便、直观地对小区微气候作出评价。
三维建筑风环境及风压分布的数值模拟和实验研究（可编辑）
三维建筑风环境及风压分布的数值模拟和实验研究西安建筑科技大学硕士学位论文三维建筑风环境及风压分布的数值模拟和实验研究姓名：***申请学位级别：硕士专业：供热、供燃气、通风与空调工程指导教师：***20060301嚣安建筑科技大学硕士论文三维建筑风环境及风压分布的数值模拟和实验研究’专业：供热、供燃气、通风与空调工程硕士生：李忠强指导教鄹：张鸿雁教授摘要建筑风环境日益成为人们关注的焦点，对整个城市或小区内建筑风环境的研究势在必行，然而建筑风环境研究主要依靠风洞实验，周期长、成本高且成果有限，健藏本文对建筑燕环境数值鬟羧方法静研究。
予垂之行，始于是下，本文麸菜三维复杂外形结构建筑物出发，剥用数馕模拟方法势结合贼漏实验，砖其鼹强境进行涤入分析。
同时，对非定常的来流条件下建筑风环境及建筑表面风联分布进行了分析研究建筑甥袭嚣鼹压分枣与髑藿最繇凌密甥稳荚，本文考虑了薅个主要因素豹影响：来流平均风速的变化和来流风向角度的变化。
来流风速采用寇常型来流和正弦型波动来流两种形式，分别改变定常来流的平均风速、正弦裂来流的周期及振幅以形残不同戆来流条传：擞舞建筑耪瀚蹲称往，取0。
、30。
、45。
、60。
和90。
考虑来流风向角度的影响。
本文以腿力系数 1p的形式给出蹩个建筑物表面的风压分布，同时给出整个计算区域的流场数舔以及难力场数据。
在风洞中复现建筑物所处自然环境的风场，为数僮模拟挺供基本的迭赛条l孛，著霹建筑貔表瑟奔疆数量戆测压熹菇压餐进亍实验测量。
结果龆示，定常来流，建筑物表面压力系数不随来流平均风速改变；正弦型来流便压力系数产生波动，程度受藏弦周期、振幅影响；数值模拟结果与风洞实验结果掰预溪瓣建筑裙表瓣压力系数分布窃含；数值模藏能够复现建筑物蠲围复杂的风环壤弗作为其流场和滕力场分板的有力手段。
关键词：数值模拟；风环境：压力系数；风涧实验论文类型：疲鼹鍪鼹$国家“十玉科技攻关”重大项嚣 2004BA901A21I秀安建筑琴萼按大学硪±论文NumericalSimulationandf争铴dTunnel?鼢tResearchonWiIldEnvironmentandPressureDistributionoftheThree-dimensionalBuildingandSpecialty：Heating,VentilationAir-conditioningEngineeringGraduate：LiZhi―qiangInstructor：．Prof．ZhangHong-yanAbstractWind becomes onenvironmentthefocusofwindpeople’attention．Studyenvironmentofthe orresidentialareamustbedonecityimmediately．Incontras'％thein iswindtunneltestthatcost andbutwithmethod muchoftimefewofonly past moneythereisthisthesis toresearchwindenvironmentwithaccomplishment．So attemptbe fromthemustdone thesisnumeri搓simulation，However,everythingbeginning。
数值模拟在高层建筑风荷载体型系数取值中的应用
数值模拟在高层建筑风荷载体型系数取值中的应用摘要：风荷载体型系数取值是建筑抗风设计的重要环节，目前常用的有规范法和风洞试验法。
本文通过对数值模拟技术的分析对比，提出了数值模拟可以实现对风荷载的精确模拟，从而得到合理准确的体型系数，而且相对其他方法数值模拟技术具有精确，低成本的特点。
关键词：体型系数风荷载高层建筑1.前言随着经济和技术的发展以及城市空间拓展的需要，越来越多高层建筑出现在城市建设中。
风虽然是一种常见的自然现象，但是随着高层建筑高度的不断增长，风对高层建筑的影响也呈指数增长，并成为一个影响建筑安全的重要因素。
上世纪初，美国一栋60米的大楼就在飓风作用下发生严重塑性变形[[]]。
因为风荷载的作用引起结构失稳和局部损坏的案例也屡见不鲜，可见重视风对高层建筑的作用，加强相关设计工作是必要的。
对于风荷载的取值，对于体型简单的一般建筑目前普遍采用的是规范提供的体型系数，对于复杂的高层建筑目前更多的是利用风洞试验进行[2]。
然而，虽然荷载规范提供了一般建筑简单实用，方便设计的取用风荷载设计数据，但是缺少了对风荷载局部压力的准确详细的描述，也不能反映复杂结构的特殊构造；而风洞试验是利用相似原理利用模型在风洞中的情况模拟建筑的实际风场，一方面模拟有不完全性，另一方面试验设备要求高，试验模型制作难度高，不能得到完整资料，只能在具有一定规模的建筑设计中应用[3]。
因此在实际设计中迫切需要一种既能较好模拟建筑风荷载，准确反应风荷载对建筑作用，又相对经济方便容易实现的方法。
2.数值模拟概述数值模拟是基于计算流体力学理论，利用先进的数学方法，借助计算机软件的精确计算、模拟流动现象并获得流体产生的作用的一种技术。
这一技术被广泛应用与航空、机械、气象、工程等领域。
随着计算技术的发展，近年来数值模拟在建筑抗风设计有了广泛应用，它可以模拟抗风设计中的基本风俗、设计风速、风压、风力及响应；和传统的风洞试验相比数值模拟技术既可以实现建筑的全尺寸模拟得到较高精度的模拟结果，还可以获得比较完整的模拟数据，更重要的是模拟的方法简单方便，成本较低。
高层建筑风荷载吸吹气控制的数值模拟研究
在位置方面，当吸吹气口设置在建筑物的顶部时，对风荷载的控制效果最为显 著。这主要是因为吸吹气口在顶部可以吸引来流，减少建筑物迎风面的风压， 从而降低风荷载。在尺寸方面，吸吹气口的宽度对风荷载的控制效果较为显著。 当吸吹气口宽度较小时，对风流的扰动作用较强，可以更有效地降低风荷载。 但是，当吸吹气口宽度过大时，会导致风流在建筑物表面的绕流加剧，反而增 加风荷载。因此，需要合理选择吸吹气口的宽度。
结论
本次演示基于CFD技术对建筑结构风荷载进行了数值模拟研究，探讨了不同建 筑结构和不同风速下的应力、变形、能量耗散等现象。通过与传统设计方法进 行比较，表明CFD技术在提高计算精度、优化设计方案、降低结构风险等方面 具有显著优势。然而，仍存在一定的局限性，如风场模拟的准确性、计算成本 等问题需要进一步解决。
二、高层建筑风荷载
1、风荷载定义：风荷载是空气流动对建筑物产生的压力和剪力。这种压力和 剪力的大小取决于建筑物的形状、高度、风速、风向以及与风向的相对位置。
2、风荷载类型：根据风对建筑结构的作用方式，风荷载可分为基本风压、脉 动风压和湍流风压。基本风压是指在平均风速下，垂直作用于建筑物表面的静 压力；脉动风压则是由于风速的随机变化产生的动压力；湍流风压则是由于建 筑物表面附近气流的不规则流动产生的动压力。
文献综述
高层建筑风荷载吸吹气控制的研究始于20世纪90年代，其目的是通过在建筑物 表面设置可调节的吸吹气口，控制风流的流动，以降低风荷载对建筑的影响。 根据文献综述，现有的研究主要集中在数值模拟和实验研究两个方面。
在数值模拟方面，研究者们利用计算流体动力学（CFD）方法，对高层建筑风 荷载吸吹气控制进行了大量的模拟研究。其中，Kim等（2015）通过数值模拟 方法，研究了吸吹气口的位置和尺寸对高层建筑风荷载的影响，并提出了优化 控制策略。实验研究方面，研究者们通过风洞实验和实地测试等方法，验证了 吸吹气控制在降低高层建筑风荷载方面的有效性（Wang et al., 2018）。
高层建筑周围定常风场的数值模拟
文章编号：1671-6612（2007）04-118-03高层建筑周围定常风场的数值模拟张 涛∗ 陈宝明（山东建筑大学热能工程学院 济南 250101）【摘 要】 通过对高层建筑周围定常风场的数值模拟与原型试验结果的比较，分析了在进行数值模拟时，入口边界条件和湍流模型等因素对计算结果的影响。
模拟结果表明，入口边界条件和湍流模型均对模拟结果具有较大影响。
其中，入口边界条件中速度分布对计算结果的影响大于湍流强度分布对计算结果的影响，而RNG k -ε湍流模型的计算精度优于标准k -ε湍流模型。
【关键词】 计算流体动力学，UDF ，高层建筑，数值模拟 中图分类号：TU834 文献标识码：ANumerical simulation of steady wind flow around high buildingsZhang Tao Chen Baoming(Institute of thermal energy Engineering,Shandong JianZhu University,Jinan ,Shandong,250101)【Abstract 】 Compared numerical simulation of steady wind flow around high buildings with full-scale building tests,the effect of inlet boundary condition and turbulence model on results is analysed.The results show that the effect of the two factors are both obvious.The effect of velocity distribution is larger than turbulence intensity and the calculation precision of RNG k-εturbulence model is better than standard k-εturbulence model.【Keywords 】 computational fluid dynamics(CFD),user defined function(UDF),high building,numerical simulation收稿日期：2006-09-13 ∗张涛，男，1982年2月出生，在读研究生。
六塔楼群体高层建筑风场数值模拟
山 西 建 筑
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模 型以 １０角为对称轴 ， ８。 为了更合理 的评估实 际空间结构体 系 ，
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负风压的最大值在大 （ ） 群 的迎 风面上单体建筑物的拐角处。同时 ， ２ 最 负风压系数 其中， ＝１０ ＝１２ Ｃ ＝０ ９ Ｃ１ ￣ｘ０ ４ ，／ ＋５ ） ．， ． ， ２ ． ， ＝ｒ （ ．３ ｑ （ ） ． 部分风 向角下出现 在单体建筑 物的拐角 处 ， 大正 、 均 出现 在 ４ 。 向角 下 。 因此 ， 建 筑 覆 面 （ 幕 墙 ） 计 中 ， 适 ５风 在 如 设 应 （Ｅ ２ Ｅ ） ｋ ￡ ＥＪ （ “／ － ｏ ／ ， ｆ ＝ ａ ａ ７＋ ａ ，￣ ｉ ／ ， ＝ 丁 “／ ｘ ）２ Ｅ ３
六 塔 楼 群 体 高 层 建 筑 风 场 数 值 模 拟
周 丹
摘 要 ： 用 数值 模 拟 方 法 对杭 州 市 市 民 中心这 一六 塔 楼 群体 高层 建 筑 的 风场 进 行 了计 算 分析 ， 采 获得 了该 建 筑 与典 型规 则钝 体 建 筑所 不 同的 风场 分布 特 征 。 同 时 ， 出 了设 计 时可 用 的 整体 阻力 系数 值 。 给 关 键 词 ： 层 建 筑 ， 值模 拟 ， 高 数 风压 系数 ， 风荷 载 参 数