多尺度城市风环境特性的CFD数值模拟与实验研究
多尺度城市风环境特性的CFD数值模拟与实验研究
多尺度城市风环境特性的CFD数值模拟与实验研究
摘要：随着城市化进程的加快，城市空气质量和人们生活环境质量问题日益凸显。城市风环境作为其中重要的一方面，直接影响到城市的通风换气、热环境分布、污染物扩散等关键问题。因此，了解和研究城市风环境特性显得尤为重要。本研究通过利用计算流体动力学（CFD）数值模拟方法结合实验研究，多尺度地揭示了城市风环境特性的复杂性和变化规律。 1.引言
城市风环境是指城市中大气风的分布、速度、方向、稳定性和湍流强度等特性。随着城市建设规模的扩大和高楼林立，城市风环境受到建筑物、道路布局、地形地貌等因素的复杂影响。因此，全面了解城市风环境特性对于改善城市空气质量、优化城市建设具有重要意义。
2.多尺度城市风环境的数值模拟
计算流体动力学（CFD）数值模拟是一种重要的研究城市风环境的方法。根据研究尺度的不同，城市风环境数值模拟可以分为宏观尺度和微观尺度两种。
2.1 宏观尺度模拟
宏观尺度的数值模拟通常基于大气边界层理论，以整个城市为研究对象，通过网格剖分、模型参数设定等步骤，获得城市风场的分布情况。其中，基于雷诺平均的湍流模型（RANS）被广泛应用，可以较好地模拟城市尺度上的湍流运动。
2.2 微观尺度模拟
微观尺度的数值模拟主要用于研究建筑物和建筑群的风环境特性。该方法可以利用CFD模拟技术对建筑物周围的风场进行精
细模拟，考虑到建筑物的阻力、脱层效应等影响因素。此外，微观尺度模拟还可以通过将建筑物模型放置于风洞试验设施中，基于CFD模拟研究建筑物周围的风场分布情况。
3.室内外风环境的实验研究
实验研究在研究城市风环境特性中同样具有重要地位。通过建立适当的实验装置和测量仪器，可以获取城市风场的速度分布、湍流强度和扩散特性等数据。
3.1 室外实验研究
室外实验研究主要基于风洞试验设施进行。在风洞中，可以通过模拟不同的建筑物布局和地形特征，测量风场的分布情况，为城市规划和建设提供实验依据。
3.2 室内实验研究
室内实验研究主要关注室内的通风换气情况。通过建立模型房间，在不同的通风方式、天气状况下进行测量，获取室内风洞试验数据。
4.城市风环境特性的研究进展
通过多尺度的CFD数值模拟和实验研究，可以深入了解城市风环境的特性和影响因素，并为城市规划和建设提供科学依据。在现有研究中，通过模拟不同建筑群、建筑物布局对风场影响的研究以及室内通风换气流场的研究取得了一些重要进展。
5.结论
通过本研究，我们可以看出，多尺度的CFD数值模拟和实验研究可以较全面地揭示城市风环境特性的复杂性和变化规律。它为改善城市空气质量、优化城市建设提供了科学依据，并促进了城市风环境的可持续发展。未来的研究还应注重模型的精细化和实验数据的准确性，以提高研究结果的可靠性和应用性
综上所述，通过多尺度的CFD数值模拟和实验研究，可以深入了解城市风环境的特性和影响因素，并为城市规划和建设提供科学依据。室外实验研究主要通过风洞试验设施模拟不同建筑物布局和地形特征，测量风场的分布情况。室内实验研究关注室内通风换气情况，通过建立模型房间进行测量。在现有研究中，已取得了一些重要进展，如模拟不同建筑群对风场的影响以及室内通风换气流场的研究。多尺度的研究方法可以较全面地揭示城市风环境的复杂性和变化规律，为改善城市空气质量和优化城市建设提供了科学依据。未来的研究应注重模型的精细化和实验数据的准确性，以提高研究结果的可靠性和应用性。这些研究成果将为城市风环境的可持续发展提供重要支持
不同风向下城市街区风环境的模拟
不同风向下城市街区风环境的模拟 利用CFD软件Fluent 建立了一个三维城市街区十字路口模型，模拟了3 种风向条件，在沙尘天气下街区速度场以及粒子浓度场的分布情况。结果表明，街区的建筑物布局与风向共同作用，会对街区的风环境及室内空气品质（IAQ）产生很大影响。 0 引言 城市街区的大气环境问题是近年来环境、大气和暖通学科的共同研究热点[1-2]。国内外一些学者研制和开发了不少针对街区污染的数值模式，如吕萍[3]等人利用N-S 方程组和大气平流扩散方程，采用伪不定常方法建立的一个模拟微尺度街道峡谷内流场及机动车排放污染物扩散规律的并通过验证的二维数值模式，对街道峡谷几何结构及街道两侧建筑物高度对称性与街谷内流场及污染物浓度场之间的复杂关系进行了数值模拟研究。Meroney[4]等人对多个不同城市街渠单体在来流风向垂直于街渠时其内部的气流结构和湍流特征进行了模拟。也有人对建筑小区以及不同风向下的建筑群小区内部流场和气态污染物做了研究[5-7]。而Xiaomin Xie [8]等人主要考虑建筑物高度这一参数对街谷中汽车尾气扩散分布的影响。 但这些模式的一个共同缺点是，只能模拟极度简化的街区，仅考虑两侧为连续建筑物的街道峡谷的情况。而实际街区建筑物布局远比这些模式所考虑的情况复杂，街道两旁建筑物通常参差不齐，街道本身的布局也纵横交错，已有的街道峡谷模式，无论从定量还是定性上对实际的街区都力不从心。城市街区模式大致可以认为是由建筑群和一定面积的平地(如公园、公共绿地和交通干线)组成，例如城市中普遍存在的十字路口就是由交通干线和建筑群组成的街区，目前针对这方面的空气污染研究还很少。 而在突变的沙尘天气状况下，城市街区的空气质量将发生比较大的变化，为了能够更加准确地进行城市街区的规划与设计以利于居民生活的健康，有必要对恶劣天气的街区浓度场进行模拟。 CFD(Computational Fluid Dynamics)是一种研究流体力学的计算技术，利用CFD建立研究对象的计算模型，将流体动力学应用于模型上进行计算，可以分析研究流体在该模型上的动力学和热力学行为。街区内大气环境问题本质上可看
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 15.0 ICEM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）
多尺度城市风环境特性的CFD数值模拟与实验研究
多尺度城市风环境特性的CFD数值模拟与实验研究 多尺度城市风环境特性的CFD数值模拟与实验研究 摘要：随着城市化进程的加快，城市空气质量和人们生活环境质量问题日益凸显。城市风环境作为其中重要的一方面，直接影响到城市的通风换气、热环境分布、污染物扩散等关键问题。因此，了解和研究城市风环境特性显得尤为重要。本研究通过利用计算流体动力学（CFD）数值模拟方法结合实验研究，多尺度地揭示了城市风环境特性的复杂性和变化规律。 1.引言 城市风环境是指城市中大气风的分布、速度、方向、稳定性和湍流强度等特性。随着城市建设规模的扩大和高楼林立，城市风环境受到建筑物、道路布局、地形地貌等因素的复杂影响。因此，全面了解城市风环境特性对于改善城市空气质量、优化城市建设具有重要意义。 2.多尺度城市风环境的数值模拟 计算流体动力学（CFD）数值模拟是一种重要的研究城市风环境的方法。根据研究尺度的不同，城市风环境数值模拟可以分为宏观尺度和微观尺度两种。 2.1 宏观尺度模拟 宏观尺度的数值模拟通常基于大气边界层理论，以整个城市为研究对象，通过网格剖分、模型参数设定等步骤，获得城市风场的分布情况。其中，基于雷诺平均的湍流模型（RANS）被广泛应用，可以较好地模拟城市尺度上的湍流运动。 2.2 微观尺度模拟 微观尺度的数值模拟主要用于研究建筑物和建筑群的风环境特性。该方法可以利用CFD模拟技术对建筑物周围的风场进行精
细模拟，考虑到建筑物的阻力、脱层效应等影响因素。此外，微观尺度模拟还可以通过将建筑物模型放置于风洞试验设施中，基于CFD模拟研究建筑物周围的风场分布情况。 3.室内外风环境的实验研究 实验研究在研究城市风环境特性中同样具有重要地位。通过建立适当的实验装置和测量仪器，可以获取城市风场的速度分布、湍流强度和扩散特性等数据。 3.1 室外实验研究 室外实验研究主要基于风洞试验设施进行。在风洞中，可以通过模拟不同的建筑物布局和地形特征，测量风场的分布情况，为城市规划和建设提供实验依据。 3.2 室内实验研究 室内实验研究主要关注室内的通风换气情况。通过建立模型房间，在不同的通风方式、天气状况下进行测量，获取室内风洞试验数据。 4.城市风环境特性的研究进展 通过多尺度的CFD数值模拟和实验研究，可以深入了解城市风环境的特性和影响因素，并为城市规划和建设提供科学依据。在现有研究中，通过模拟不同建筑群、建筑物布局对风场影响的研究以及室内通风换气流场的研究取得了一些重要进展。 5.结论 通过本研究，我们可以看出，多尺度的CFD数值模拟和实验研究可以较全面地揭示城市风环境特性的复杂性和变化规律。它为改善城市空气质量、优化城市建设提供了科学依据，并促进了城市风环境的可持续发展。未来的研究还应注重模型的精细化和实验数据的准确性，以提高研究结果的可靠性和应用性
武汉城市住宅小区风环境的数值模拟及分析
武汉城市住宅小区风环境的数值模拟及分析 摘要：本文针对武汉城市住宅小区风环境的数值模拟及分析研究，将从数值模 拟分析准备工作入手，结合武汉城市某住宅小区构建及环境设定，对风环境评估 标准展开说明，最后本文提出数值模拟的具体结果及分析。希望本文的研究，能 为提升我国各地区住宅小区的风环境控制水平提供参考性建议。 关键词：武汉城市；住宅小区；风环境；数值模拟分析 1 数值模拟分析准备工作 1.1湍流模型 风绕建筑物的流动，是一种复杂的过程。该过程被称为高雷诺数值运动过程。对居住小区风环境的数值模拟，实际上为钝体扰流流场的数值模拟。对于城市住 宅小区的实际建设工程中，时速速度场、湍流脉动、压力场等，一般是人们较为 关注的问题。但是，对于湍流的产生原因，以及产生后的发展等细节问题并没有 详细的研究过。因此，城建工程应用中，并不需要详细的模拟。目前，对于湍流 模型的数值模拟，一般可采用两种方法，即雷诺时均方程模型（RANS），以及雷 诺应力模型（RSM）。本文采用的是RANS方程模型的一种，为Airpak软件进行 数值模拟方法。 1.2计算域 对于城市住宅小区风环境的数值模拟及分析，必须以建立有限三维计算域为 前提。明确好数值模拟中的计算域之后，若发现计算区域较大，其分析的区域也 会加大，网格数量也会加大。进而使你计算时间和计算量增加，提升了计算机软 硬件的条件要求。另外，计算域若较小，会发生计算结果不准确的结果，进而使 数值的模拟结果失真。根据其他研究文献中的计算域范围大小，本文将结合武汉 城市住宅小区数值模型实际情况，确定1000m*1000m*400m为计算域的范围。 1.3边界条件 数值模拟分析中，边界条件分析主要包括两个内容，即入口边界条件与其他 边界条件。首先，入口边界条件，是根据大气边界层平均风剖面，采用的是速度 边界。本文以武汉城市住宅小区为例，根据我国《建筑结构荷载规范》，武汉住 宅小区为确定为密集建筑群城市市区，为地貌粗糙类型，地面粗糙指数a为0.22，梯度风高度Z为400米[1]。Airpak软件可以提供大气边界模型，设定好数值之后 建立完整的大气边界层，湍流能量耗散规律采用的为Airpak软件的经验公式进行 自动完成。对于其他边界条件，主要包括顶面和侧面。出口边界设置好压力出口 边界值，以及环境相对压力值。 2 武汉城市某住宅小区构建及环境设定 2.1住宅小区布局原则 将武汉城市某住宅小区的布置范围设定为200m*200m，其小区为板式行列式 布局，由建筑单体拼接而成，小区内建筑为正南北向，其高层、小高层、多层的 城建高度分别为60m、34m、18m。建筑间距根据武汉市城建规划相关管理规定 进行布置，布置方案包括A、B、C三种，分别如图1、图2、图3所示。方案A 为3个基本单元的6层多层建筑，高度18m，长度15m，宽度12m，东西距离 8m，南北距离21m[2]。方案B为3个拼接单位的12层小高层建筑，高度34m， 长宽分别为51m、12m，东西距离15m，南北距离12m.方案C为2个单位组成，21层高层，高度60m，长宽比例为5，东西距离20m，南北距离51m。
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 Abstract In 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 technology 0.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。近年来，“建筑的风环境”已经和“热环境”、“声环境”、“光环境”一样，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。 在城市中，风环境的特性非常复杂，它不仅依赖于建筑本身的外形、尺寸和某些建筑物的特征（如开口、通道、架空等），而且依赖于周围建筑物的相对位置、外形及四周地形的粗糙程度。随着建筑物的增高、布局的密集，建筑物对气流的影响越来越难于掌握。例如高层建筑狭道内过高的风速、过急的涡流将对行人造成不舒适，甚至带来危险；不当的建筑布局或体型易使气流在建筑群之间形
建筑风环境模拟分析软件PKPM-CFD说明书
AutoCADVersion 建筑风环境模拟分析软件PKPM-CFD P K P M-C F D 使用说明书
前言 城市各种建筑物大量涌现的同时,建筑群风热环境问题日益突出。建设项目在设计阶段进行的节能评估中，通过对项目建筑物风热环境模拟分析的方法，根据模拟结果对建筑方案或者周围环境做相应的调整和改善能够避害增益，合理利用风热环境模拟分析，对营造一个减少人工环境能耗，增加室外人行场所舒适度的优良环境有很大帮助，从而减少建筑能耗达到节能的效果。设计软件事业部自主开发的基于AutoCAD平台的建筑风环境模拟分析软件PKPM-CFD，能够模拟建筑群周围的风环境、室内自然通风以及区域热环境的专业分析等内容，为用户提供专业快速的设计指导。 软件特点： 1）向导模式，易于掌握 软件提供向导模式，用户可根据向导指导进行操作，软件的操作具有提示性，会一路提示操作者设定边界条件，方便新用户快速掌握。经过几天培训，可以使没有专业背景的设计师就能快速学习并进行专业的分析计算。 2）BIM设计模型 软件直接导入PKPM绿建系列软件统一的数据模型，设置好室外边界、室外辅助参数（比如地形高差、种植绿化等）等信息后，由软件自动划分网格进行计算，大大提高工作效率，最后通过强大的可视化处理，生成高质量图片，给予客户更直观，更清晰的感受。 3）专业而全面的分析模块 软件不只局限试用于室外的风场模拟、室内的空气质量分析，还能帮助我们进行室外热岛模拟分析，考虑暖通空调系统、太阳辐射、壁面结构对室内热环境影响的模拟分析、双层玻璃幕墙内换热流动分析、环境对人体舒适度影响的模拟分析。 开发依据： 《绿色建筑评价标准》GB50378 《绿色建筑评价技术细则》 《民用建筑设计通则》GB 50352-2005 《建筑结构荷载规范》GB 50009-2001 《中国建筑热环境分析专用气象数据集》2005-ISBN7-112-07274-3 《公共建筑节能设计标准》（GB50189-2005） 同时还参考了各地方的绿色建筑设计标准，并且提供针对各地区不同的气象数据库，有助于设计师绿色建筑工作的开展。
居住区建筑组团室外风环境数值模拟研究——以徐州市某居住区组团为例
居住区建筑组团室外风环境数值模拟研究——以徐州市某居 住区组团为例 韩方奇; 季翔; 边导 【期刊名称】《《建筑与文化》》 【年(卷),期】2019(000)005 【总页数】2页(P102-103) 【关键词】风环境; 居住区; 建筑组团; 数值模拟 【作者】韩方奇; 季翔; 边导 【作者单位】中国矿业大学 【正文语种】中文 引言 根据2018年全国房地产市场简报，居住区开发、投资和建设规模整体呈上升趋势。然而，在居住区大量建设时期，有些居住区因工程时间短等问题，并没有将居住区的舒适、节能、环保等室外风环境问题考虑在内。尤其是高层居住区，由于规划布局或造型设计不合理，室外出现气流死区或局部风速过大，对行人造成不良影响。因此，在居住区方案设计阶段，将居住区风环境考虑到设计中，通过模拟分析方案风环境的优劣，从而设计出有着良好的室外风换的规划方案。本文对江苏省徐州市某居住区组团进行室外风环境模拟分析，通过对影响风环境的主要要素进行评价研究，得出一定的建议和意见。
1 室外风环境分析评价 1.1 项目概况 本文的研究对象为徐州市泉山区某居住区组团室外风环境。该区域内共有8个独 立的居住区，共计68栋高层住宅建筑，其中22层住宅共5栋，建筑高度为66.7米；24层住宅共10栋，建筑高度为72.5米；25层住宅共45栋，建筑高度为75.4米；27层住宅共8栋，建筑高度为81.2米。居住区规划布局均为传统行列 式布局，朝向为南向。 根据国家气候分区，徐州属于寒冷地区，根据徐州市气象局统计的徐州历年气象数据，当地夏季的主导风向为东偏东北风，即东偏东北22.5°，夏季平均风速为 2.1m/s；冬季的主导风向为南偏东南风，即南偏东22.5°，平均风速为2.2m/s。1.2 评价标准 我国地域辽阔，气候分区较多，各地对于绿色建筑以及住宅室外风环境的评价标准不一，本文结合江苏省《绿色建筑评价标准》以及《中国生态住宅技术评估手册》等对室外风环境的要求，整理总结出以下几点要求： （1）排除迎风第一排建筑，建筑物的迎风面与背风面的表面风压差小于等于5Pa。（2）除冬季典型风速和风向下，室外人行活动区域不出现无风区域和涡流。（3）冬季条件下，室外活动场地人行区域，即高度为1.5m区域，风速不得超过 5m/s，风速放大系数不得超过2。 2 技术路线 2.1 计算模型 现阶段多数针对居住区风环境的研究仅将周边部分既有建筑考虑在内，但经过分析，高层建筑的影响区间较大，因此，需要将周边的高层建筑均加入到模拟范围内。在本次模拟中，通过模拟一个区域的高层住宅小区，不仅可以了解高层建筑对周边风环境的影响，而且可以分析整个居住区对周边居住区的影响。本文利用CAD软件
高层建筑三维定常风场数值模拟
高层建筑三维定常风场数值模拟 随着城市化进程的加快，高层建筑在城市中的比例日益增加。高层建筑在获得良好视野和土地利用率的也面临着风荷载问题。因此，对高层建筑三维定常风场进行数值模拟具有重要意义。本文将介绍高层建筑三维定常风场数值模拟的研究现状、存在的问题，并探讨相应的研究方法和实验设计。 在国内外相关领域的研究中，高层建筑三维定常风场数值模拟已经成为一个热点话题。研究者们利用不同的数值方法和模型对高层建筑的风场进行了大量研究。然而，由于高层建筑的风场具有复杂的三维特征，如何准确模拟风场仍然是一个挑战。当前研究中还存在诸如风场参数选取缺乏标准化、计算效率低下等问题。 为了更好地研究高层建筑三维定常风场，本文采用了计算流体动力学（CFD）方法进行数值模拟。建立高层建筑的三维模型，并考虑建筑物周围的自然环境和地形因素。然后，利用CFD软件对风场进行数值模拟，通过求解流体动力学方程组得到风场的详细信息。在模型构建过程中，采用了湍流模型来描述风场的湍流特性，并采用了适当的边界条件和初始条件来保证模拟的准确性。 在实验设计与结果分析方面，本文选取了一个真实的高层建筑为研究
对象，通过CFD方法模拟了三维定常风场，并得到了建筑物表面的风速和风压分布情况。同时，将模拟结果与风洞实验数据进行对比，发现二者具有良好的一致性。从而证明了本文所使用的CFD方法在高层建筑三维定常风场数值模拟中的有效性和准确性。 本文通过对高层建筑三维定常风场数值模拟的研究，提出了基于CFD 方法的数值模拟方案，并成功应用于真实高层建筑的定常风场模拟。模拟结果与风洞实验数据具有良好的一致性，验证了本文所使用方法的准确性和有效性。 然而，高层建筑三维定常风场数值模拟仍然面临许多问题和挑战。比如，如何进一步提高计算效率，减少计算时间，以及如何处理复杂的地形和建筑物形状等问题。未来可以针对这些问题开展更深入的研究，为高层建筑的风场模拟提供更为准确和高效的方法。 高层建筑三维定常风场数值模拟在工程应用方面还有很大的发展空间。例如，可以利用该技术进行结构风工程设计，评估高层建筑的风荷载风险，为建筑物的优化设计和抗风性能提升提供依据。同时，还可以结合城市规划，研究城市风场与高层建筑群的相互影响，为城市规划提供科学依据。 随着城市化进程的加快，建筑物风场的研究变得越来越重要。建筑物
基于CFD技术的城市风环境设计策略研究-以重庆市永川区凤凰湖城市设计为例
基于CFD技术的城市风环境设计策略研究-以重庆市永川区凤 凰湖城市设计为例 吴鑫;曾佑海 【摘要】Wind comfort is an important requirement in urban areas. This study il ustrated by the Yongchuan Phoenix Lake urban designto simulate the flow-field of the urban design areas. Based on the exceedance-probability method, the map of wind discomfort threshold exceedance probabilitieswas present, and the pedestrian level wind environment in this area was evaluated and optimized,while hoping to provide inspiration for the development of urban planning and design in the future.%风环境是城市环境的一个重要组成部分。本文以重庆市永川区凤凰湖城市设计为例，建立适用于城市复杂环境条件下的风场分析模型。基于概率阈值法，对场地风速超越行人舒适阈值的概率进行数值模拟。通过模拟结果分析了场地风环境的特征及其对行人舒适度的影响，并提出相应的场地风环境品质改善策略。希望对未来的城市规划与设计有所帮助。 【期刊名称】《建筑与文化》 【年(卷),期】2015(000)004 【总页数】2页(P158-159) 【关键词】CFD模拟;城市风环境;概率阈值法 【作者】吴鑫;曾佑海
室外风环境模拟分析报告
通锦.国际新城三期项目(通锦.国际嘉园) 1号地块室外风通风 --室外风环境模拟分析报告 提供者：深圳市筑道建筑工程设计有限公司成都分公司
声明： 1、本报告无咨询单位签字盖章无效； 2、本报告涂改、复印均无效； 3、本报告仅对本项目有效。 项目名称：通锦·国际新城三期项目(通锦·国际嘉园) 委托单位：深圳市筑道建筑工程设计有限公司成都分公司 报告编写人： 校对人： 审核人： 项目负责人： 批准人： 报告编号： 报告日期： 2016年1月
目录 1 模拟概述 (2) 1.1项目概况 (2) 1.2气候概况 (2) 1.3风环境影响 (3) 1.4参考依据 (3) 1.5评价标准 (4) 2 分析流程 (4) 2.1评价方法 (4) 2.2几何模型 (5) 2.3网格划分 (6) 2.4湍流模型 (7) 2.5边界条件 (8) 2.6数学模型 (9) 2.7求解方法 (10) 2.8模拟工况 (10) 3 结果分析 (11) 3.1工况1（夏季工况） (11) 3.2工况2（冬季工况） (14) 4 结论 (16)
1.1 项目概况 1、工程名称：通锦•国际新城三期项目 2、建设单位：四川路桥通锦房地产开发有限公司 3、建设用地：该项目位于四川省达州市，位于四川省东北部，重庆以北，是由原达川地区更名建立的一个地级市，总面积16591平方千米。 达州市辖1个市辖区、5个县、1个县级市，有大面积的园林，是四川省的人口大市、农业大市、工业重镇，素有着中国气都和中国苎麻之乡的“川东明珠”美誉。达州地理坐标为北纬30 º75′-32 º07′，东经106 º94′-108 º06′，属亚热带湿润季风气候类型，冬暖夏凉。达州地势东北高，西南低，北部山体切割剧烈，山势陡峭，形成中、低山地地貌单元； 图1 达州市通锦·国际新城三期项目总平面 本项目位于达州中南部，地势较为平缓，形成平等谷底地貌单元。 1.2 气候概况 达州市属亚热带湿润季风气候类型。由于地形复杂，区域性气候差异大。海拔800米以下的低山、丘陵、河谷地区气候温和，冬暖、春早、夏热、秋凉，四季分明，无霜期长；海拔800至1000米的低、中山气候温凉、阴湿，回春迟，夏日酷热，秋凉早，冬寒长；海拔1000米以上的中山区，光热资源不足，寒冷期较长，春寒和秋霜十分突
洁净室中空气流通的CFD模拟与实验研究
洁净室中空气流通的CFD模拟与实验研究 随着技术的不断进步，人们对于洁净室的要求也越来越高。洁净室是一个非常 关键的工作环境，需要保持室内的空气质量和温度湿度等参数在一定的范围内稳定，以确保工作环境的纯净性和稳定性。为了保证洁净室的空气质量，需要进行CFD 模拟和实验研究，以了解并优化空气流通情况。 1. 洁净室中空气流通的意义 洁净室是一个特殊的工作环境，需要确保室内空气中微生物和微尘粒子的含量 极少甚至为零。工作环境需要达到一定的洁净度和准确度来确保工业生产和科学实验的稳定性和安全性。因此洁净室的设计和使用是一项极其重要的工作。 洁净室的空气流通对于室内洁净度具有重要的影响。室内的空气流通不良会导 致空气污染的不均匀分布，使得某些区域的洁净度难以保证。因此，洁净室需要在设计和使用过程中注重空气流通的研究和优化。 2. CFD模拟与实验研究 CFD模拟是指使用计算机模拟的方法对洁净室内的空气流动特性进行分析和优化。CFD模拟技术是目前最为先进的模拟空气流动的方法之一。CFD模拟可以通 过计算空气流动动力学方程，预测和分析洁净室内的空气流通、温度、湿度等参数，提供优化洁净室空气流通性能的方案。 除了CFD模拟外，实验研究也是了解洁净室空气流通特性的重要方法之一。 实验研究可以通过搭建洁净室、布置测量设备和采集数据等手段，得到一些洁净室内的空气流通性能指标，例如污染物分布、温度、湿度等，从而优化空气流通模型。 CFD模拟和实验研究的综合应用可以大大提高室内空气流通质量，使得室内洁净度达到更高的要求。 3. 空气流通的优化
洁净室中的空气流通需要根据不同的需求进行优化和调整。优化空气流通可以 通过调节风口、降温、增加过滤器等方法进行。 3.1 调节风口 对于洁净室内部，通风口具有重要的作用。通过调整通风口的位置和大小，可 以使得空气流动更加均匀、稳定。 3.2 降温 洁净室中需要保持稳定的温度和湿度，但有些工作环境需要较低的温度。这时 可以通过降温的方法减少污染源的产生，提高空气的清洁度。 3.3 增加过滤器 过滤器可以有效地过滤掉空气中的微尘和污染物，从而减小洁净室中的污染源。合适的过滤器安装可以有效地降低室内空气污染和室内洁净度的保证。 4. 结语 空气流通是洁净室中最重要和最基本的要素之一。通过CFD模拟和实验研究，我们可以深入了解空气流通的特性和优化机制，并进行相应的优化和调整。洁净室的稳定和高效运行需要全面考虑空气流通的问题。
基于CFD模拟的居住区景观绿化设计研究
基于CFD模拟的居住区景观绿化设计研究 基于CFD模拟的居住区景观绿化设计研究 一、引言 绿化景观在城市居住区的规划和设计中扮演着重要的角色。它不仅美化了城市环境，还改善了空气质量，并为居民提供了健康舒适的生活环境。然而，在绿化设计过程中，如何确定合适的植被布局和选择合适的植物品种仍然是一个挑战。基于计算流体力学（CFD）的模拟技术为解决这一问题提供了全新的 可能性。本文旨在利用CFD模拟技术研究居住区景观绿化设计，以期提供有益的见解和指导。 二、CFD模拟技术简介 CFD是一种计算流体力学模拟技术，它基于对流体运动进 行数学建模和数值解析的方法，通过计算机模拟实现虚拟的流体流动现象。在居住区景观绿化设计中，CFD模拟技术可以帮 助设计师模拟风场、温度分布、湿度等气象参数的变化情况，从而评估不同设计方案的效果。 三、CFD模拟在居住区景观绿化设计中的应用 1. 风场模拟 利用CFD模拟技术可以模拟居住区内的风场情况，通过计算风速、风向等参数，可以评估不同位置的植物对风的阻挡和引导效果。设计师可以根据模拟结果，选择相应的植被布局，以提供最佳的风环境，减轻居民的不适感。 2. 温度分布模拟 在夏季高温天气中，通过CFD模拟可以模拟居住区内的温度分布情况。设计师可以根据模拟结果，合理布局植被和建筑物，以实现降温效果。例如，通过在热岛效应明显的区域种植
树木，可以降低地表温度，改善热环境。 3. 湿度变化模拟 CFD模拟也可以用于模拟居住区内的湿度变化情况。例如，在潮湿季节，通过模拟不同植被布局和植物品种的湿度变化，设计师可以选择适宜的植物种类，以提供湿度适宜的生活环境。 四、案例分析 以某城市某居住区为例，利用CFD模拟技术，研究不同绿化设计方案的效果。首先，通过模拟风场，评估不同位置的植物对风的阻挡效果。然后，通过模拟温度分布，分析不同绿化设计方案的降温效果。最后，通过模拟湿度变化，选择适宜的植物种类和布局方式。 模拟结果显示，在居住区内设置了适当的绿化带和树木后，风速平均减小了35%，风向也发生了变化，使得居住区内的风 环境更加宜人。在高温天气中，绿化带和树木的设置使得居住区的温度较无绿化区域降低了2-3℃，有效改善了热环境。此外，通过合理的植被布局，湿度变化也得到了调控，为居民提供了湿度适宜的生活环境。 五、结论 本文通过基于CFD模拟技术的居住区景观绿化设计研究，发现该技术为绿化设计提供了新的方法和工具。利用CFD模拟，设计师可以模拟风场、温度分布、湿度等变化情况，对不同设计方案进行评估。通过案例分析，我们发现合理的绿化设计可以改善风环境、降低温度、调节湿度，为居民提供舒适的生活环境。未来，我们可以进一步深入研究，细化模拟参数和方法，提高研究结果的准确性和可行性，并结合实地调查数据，进行更全面的研究和评估
街区尺度风环境数值模拟方法及评估指标提出
街区尺度风环境数值模拟方法及评估指 标提出 随着城市化进程的加速和人口的增长，城市空气质量和环境问题变 得日益突出。街区尺度的风环境数值模拟方法及评估指标的提出，对 于改善城市居民的生活质量和城市环境的可持续发展具有重要意义。 街区尺度的风环境数值模拟方法是通过计算机模拟和数值计算，对 城市街区内的风速、风向、温度等参数进行模拟和预测。这种方法可 以帮助城市规划师和设计师从风环境的角度评估和优化城市街区的布 局和建筑设计。通过模拟方法，可以分析街区内的风动力学特征，预 测风速、温度分布等参数，并根据这些参数对城市街区进行规划和设计。 在街区尺度的风环境数值模拟方法中，有几个重要的方面需要考虑。首先是建模方法的选择。常用的建模方法有CFD方法（Computational Fluid Dynamics，计算流体力学方法）、LES方法（Large Eddy Simulation，大涡模拟方法）等。不同的方法有不同的适用范围和精度，需要根据具体的情况选择合适的方法。 其次是边界条件的设定。在模拟过程中，边界条件的设定直接影响 到模拟结果的准确性。需要考虑街区的尺度、周围建筑物的布局和高 度等因素，合理设定边界条件，以提高模拟结果的可靠性。 此外，还需要考虑模型的验证和验证指标的选择。模型的验证是指 通过与实测数据对比，来验证模型的准确性和可靠性。验证指标的选 择需要根据具体的研究目的来确定，常用的指标包括风速分布、风向 变化、温度分布等。 街区尺度风环境数值模拟的评估指标是衡量街区风环境质量的重要 标准。评估指标可以分为定量指标和定性指标两类。定量指标可以通 过具体的数值进行评估，如平均风速、风速方向标准差等。定性指标 则是通过主观判断来评估，如舒适度、可居住性等。 除了评估指标，街区尺度的风环境模拟还需要考虑不同人群的需求 和舒适性。不同的人群有不同的风环境需求，如商业区需要较高的通
大连中心？裕景及周边区域风环境分析——利用CDF技术进行的初步模拟
大连中心?裕景及周边区域风环境分析——利用CDF技术进行 的初步模拟 摘要：利用CDF（计算流体力学）技术对大连中心?裕景及周边地区的风环境模 拟分析。CDF技术提供了简便、经济、直观的模拟分析结果。大连中心?裕景作为大连城市中心区的新秀地标，势必对周边既有建筑风环境产生影响。通过分析模 拟结果分析风环境发生狭管风和风影区等在该区域的分布特征以及可能产生的影响。 关键词：大连中心?裕景；风环境分析；CDF；Ecotect Abstract：Use CDF (Computational Fluid Dynamics) simulation of technology to analysis on wind environment of Dalian Center - Eton and the surrounding area. CDF provides a simple, economical and direct simulation analysis result. Dalian Center-Eton as new landmark, impact on the surrounding existing buildings on wind environment. Through the analysis of the simulation results, we can find narrow tube wind and shadow of wind in the distribution characteristics of the region. Key Words：Dalian Center-Eton; Analysis of wind environment; CDF; Ecotect 风环境是建筑环境设计的一项重要内容，它对建筑的保温、通风因素有直接的影响：例 如在夏季建筑前后风压差过小不利于建筑的自然通风，气流漩涡和死角区域的污浊空气也难 以迅速排出；而在冬季，过大的风速会导致建筑围护结构的冷风渗透，并加剧采暖负荷。根 据相关测试表明，随着风速的增强渗透风量成指数增加，对采暖负荷影响巨大[1]。由此可见，风环境分析在前期规划能够为环境设计提供预判，也能够为使用后评价提供依据。 1 风环境分析方法 实现区域风环境模拟有诸多方法，例如风洞模拟实验、水流模拟实验、计算机数值模拟 等方法。其中数值模拟法在计算机技术迅速发展的时代有着很大的应用前景，具有周期短， 成本低，结果形象直观等优势。流体流动的数值模拟即在计算机上离散求解空气流动遵循的 流体动力学方程组，并将结果用计算机图形学技术形象直观地表示出来，这样的数值模拟技 术就是所谓的计算流体动力学(CFD：Computational Fluid Dynamics技术）[2]。本文将利用Ecotect分析软件结合winair4插件进行大连中心?裕景及周边区域的风环境模拟分析。该方法 的优势在于方便非流体力学专业人士进行操作，在精度要求不高的情况下实现高效的模拟， 对可能出现的风环境情况进行初步预判。 2 分析对象介绍 本文选取大连市近年来新建超高层综合体大连中心?裕景及其南侧部分街区作为分析对象 进行模拟，重点分析超高层综合体对周边既有建筑风环境的影响。 大连中心裕景地处城市中心。项目由五栋高层和部分商业裙楼构成。该项目原址为大连 市动物园，周边建筑更替较少。从低矮建筑变化到超高层建筑，在风环境上必然会有较大影响。周边的建筑以多层住宅、高层写字楼、高层酒店公寓和学校组成，相对于新出现的超高 层综合体都显得低矮舒展。（表1） 表1 年份对比及区域划分 功能分区及编号 表2 大连地区风频图 冬季模拟结果夏季模拟结果 3 风环境数值模拟 大连地处辽东半岛南端,是中国北方年平均风速最大的地区之一。通过Weather Tool工具 查询得到大连地区各季节的气象数据（表2）。本文采用6m/s的风速进行模拟，模型比例为1:1，模型边界为1000m*1000m*350m，对夏季南风、冬季北风两种常见风情况进行模拟。
基于计算流体力学的建筑风环境数值模拟研究
基于计算流体力学的建筑风环境数值模拟研 究 随着城市化进程的加快，越来越多的建筑物在城市中涌现。建 筑物的设计需要考虑到很多因素，如功能、美观、安全等。然而，一个被忽视的因素是建筑的风环境。一个好的风环境可以提高建 筑的舒适度，也可以减小建筑的能耗。因此，建筑风环境的研究 变得越来越重要。 建筑风环境的研究可以通过实验室试验和数值模拟的方法。实 验室试验可以得出一些定量的数据和直接的观察结果，但是实验 室试验的成本很高，而且试验环境和实际环境之间存在差异。因此，数值模拟成为了一种低成本、高效率的研究方法。随着计算 机技术的快速发展，计算流体力学（Computational Fluid Dynamics，CFD）成为了建筑风环境数值模拟的主流方法。 计算流体力学是一种计算流体的数值模拟方法，它基于纳维-斯托克斯方程和其它物理规律，将流场离散化成格点，对每个格点 上的流场变量进行求解。计算流体力学在建筑风环境数值模拟中 的应用主要包括三个方面：建筑外围流场模拟、建筑内部流场模 拟和建筑能耗模拟。 建筑外围流场模拟是指对建筑周围流场的模拟。这个模拟中需 要考虑到建筑形状、位置和风的方向和大小等因素。通过计算建
筑周围流场的速度和压力等参数，我们可以了解在风场中建筑所 受的力和压力分布。建筑外围流场模拟对于建筑的结构设计非常 重要，可以为建筑提供优化的设计方案，例如缩短建筑的轮廓线、平衡建筑的表面压力分布。 建筑内部流场模拟是指对建筑内部流场的模拟。这个模拟中需 要考虑到建筑内部的空气流动、换气量和温度等参数。通过计算 空气流速、压力以及温度分布等参数，我们可以了解建筑内流场 的情况和建筑内部区域的舒适度。建筑内部流场模拟和建筑外围 流场模拟相比更为复杂。因为建筑内部流场的计算需要考虑到建 筑内的门窗位置、空调设备、人员和物品等因素。尤其是对于高 层建筑，建筑内部流场模拟更为关键，因高层建筑内的温度、湿 度与空气品质等因素影响舒适度和安全性。 建筑能耗模拟是指对建筑内部能耗的模拟。这个模拟中需要考 虑到空调需要的冷热量、照明需要的电量等因素。通过计算建筑 内各种设备的能耗情况，我们可以了解到建筑的节能潜力和优化 方案。 总之，基于计算流体力学的建筑风环境数值模拟是一种重要的 建筑研究方法。它具有低成本、高效率、实验可以重复和易于掌 握等优点。计算流体力学在实际应用中也取得了很多有价值的成果。但是，计算流体力学模拟的精度和实际的误差仍然存在差距，需要进一步的优化和发展。
基于“源—流—汇”理论的城市风环境优化与CFD分析方法——以天津市为例
基于“源—流—汇”理论的城市风环境优化与CFD分析 方法——以天津市为例 基于“源—流—汇”理论的城市风环境优化与CFD分析方法——以天津市为例 1. 引言 城市风环境是指城市空气质量和气候状况对城市建设和人民生活的影响，城市风环境质量的优劣直接影响着人们的生活和健康。为了改善城市风环境，提高城市居民的生活质量，结合“源—流—汇”理论和计算流体力学（Computational Fluid Dynamics，CFD）分析方法，可以实现城市风环境的优化与管理。本文以天津市为例，介绍基于“源—流—汇”理论的城市风环境优化与CFD分析方法。 2. “源—流—汇”理论 “源—流—汇”理论认为，城市风环境的质量受到三个要素的影响：源（pollutant sources）、流（wind flow）和汇（receptors）。源指的是城市中的污染源，如工业排放、汽车尾气等；流是指城市中的气流运动情况；汇是指城市中的接收器，如人们居住的区域、公园等。优化城市风环境，就需要从源、流、汇三个方面入手，减少污染源的排放，优化气流运动，降低接收器处的污染浓度。 3. 基于CFD的城市风环境分析方法 CFD是一种数值模拟方法，可以模拟流体运动情况。在城市风环境分析中，可以利用CFD模拟城市中的风速、风向、温度等参数，以及污染物的扩散情况。通过模拟分析，可以定量评估城市风环境的质量，提供优化措施和建议。 4. 天津市的城市风环境问题
天津市是我国重要的经济中心和交通枢纽，但也面临城市风环境问题。由于城市化进程加快，天津市出现了交通拥堵、工业污染等问题，对城市风环境造成了负面影响。利用基于“源—流—汇”理论和CFD分析方法，可以有针对性地优化和管理天津市的城市风环境。 5. 优化天津市的城市风环境 （1）减少污染源的排放：加强工业企业的环保监管，推广清洁能源替代传统能源，减少工业废气的排放；加强车辆尾气管理，提倡绿色出行，减少汽车尾气的排放。 （2）优化城市空间布局：合理规划道路、建筑和公共空间，减少阻挡气流的结构物和建筑物；合理绿化城市，建立绿色生态系统，增加氧气供应，净化空气。 （3）改善气流运动：通过CFD模拟分析，优化城市道路网和建筑物的布局，降低空气阻力，提高气流的畅通度；减少高楼大厦的风洞效应，避免气流的局部扩散。 6. 结论 基于“源—流—汇”理论和CFD分析方法，城市风环境的优化与管理成为可行的方式。以天津市为例，通过减少污染源的排放、优化城市空间布局和改善气流运动等措施，可以有效提高城市风环境质量，改善居民的生活和健康条件。必须加强政府部门和公众的意识，共同努力，推动城市风环境的优化和改善 综上所述，基于“源—流—汇”理论和CFD分析方法，可以有针对性地优化和管理天津市的城市风环境。通过减少污染源的排放、优化城市空间布局和改善气流运动等措施，可以有效提高城市风环境质量，减少交通拥堵和工业污染对城市风环
城市规划的CFD模拟
城市规划CFD模拟设计的数字化研究 【摘要】介绍了如何建立CFD模拟中城市数字模型。CFD模拟应用在城市规划与城市气候关系的研究中，准确、合理的CFD城市数字模型是进行研究的关键。将复杂的城市转化为可在CFD中进行仿真模拟的数字模型，需将城市中的建筑材料性质、水体的数字模型以及城市特征转化为CFD模型的数字参数，以及模拟的边界条件的建立等。还对该方法的结果进行了分析和总结。 【关键词】CFD模拟，城市规划，数字模型， DIGITAL MODEL of CFD SIMULATION design for urban planning YU Zhuang, ZHANG Hui ABSTRACT: This paper introduces how to set up CFD digital model of city. An accurate and reasonable CFD model is the key to study the relationships between urban planning and city climate. In order to transmit the complicated city into the CFD model used in the simulation, transforming the character of building material, digital model of water and characteristic of city to the parameters of CFD model and establishing boundary factor of simulation are necessary. Further more, the results of this method are analyzed and summarized. KEYWORDS:CFD, digital model, city, simulation 1 引言 城市化是社会经济发展的必然，城市化也必然带来了城市问题和环境问题，激化了人口、资源、环境的矛盾。这些矛盾唤起了人类对传统工业与工业城市的反思以及人类生态文明的觉醒，也增强了人类生态意识和对城市可持续发展的科学理解的逐渐深入。20世纪80年代初，原苏联生态学家亚尼茨基（Yanitsky，1984）和生态学家理查德·雷吉斯特（Register，1987）等学者提出了创造生态城市的理想生态模式。在生态城市中，技术与自然充分的结合，人的创造力和生产力得到最大限度的发挥，居民的身心健康和环境质量得到最大的保护，物质、能量、信息高效利用，生态良性循环的一种理想的栖境。 城市气候作为大区域大气候背景下形成的一种相对独立的小气候，它与城市的发展和人类活动密切相关。地域气象要素决定了传统城市形态的特点，良好的城市空间及宜居条件的设计有助于改善城市微气候，而良好的城市微气候有利于改善城市环境的热舒适性并有助于实现建筑及城市节能的目标。本文以夏热冬冷地区的武汉市为研究对象，通过建立武汉市城市数字模型，利用仿真模拟来研究城市与城市气候环境的关系，从而为更加合理的城市设计，改善城市热环境以及建筑及城市节能提供有效的参考依据。 计算流体力学（Computational Fluid Dynamics，简称CFD）是流体力学的一门分支学科，始