室外风环境模拟分析报告北京市第十七中学分校改扩建工程 建筑专业 主持人： （设计总负责人）_____________________________ 审定人：______________________________ 校审人：________________________________ 计算人：________________________________
北京中帝恒成建筑设计有限公司
2016年02月18日
1建筑概况 ....................................................................................... 2.. 2评价依据 ....................................................................................... 2.. 3?分析方法....................................................................................... 2.. 3.1原理概述 (2) 3.2模拟软件 (3) 3.3计算原理 (3) 3.4模型设置 (5) 3.5参数设置 (5) 4评价标准 ....................................................................................... 6.. 5模拟结果和分析 ................................................................................ 6.. 5.1风环境模拟模型 (6) 5.2工况1 （冬季平均风速工况） (7) 5.3工况2 （夏季平均风速工况） (9) 5.4工况3 （过渡季平均风速工况） .............................................................. .10 ........ 6结论 ........................................................................................... 1.1.
土木工程随机风场数值模拟研究的进展 来源：工业洗衣机 https://www.doczj.com/doc/dc18012999.html, 风荷载是大跨空间结构、高层和高耸结构、桅式结构、大跨度桥梁等土木工程结构的主要设计荷载之一。 风荷载的确定手段主要有风洞试验、现场实测、数值模拟等。但前两类风荷载确定手段均较为复杂,且耗时耗资巨大,因而仅仅针对特定的工程结构才进行。通过数值模拟方法得到的风速时程满足风主要统计特性的任意性,而且比实际记录更具有代表性,因而在实际工程中被广泛使用。首先简要介绍大气边界层风的特性与风荷载的作用特点,接着重点讨论了土木工程风工程中平稳高斯、非平稳高斯、非高斯随机风场的模拟技术,最后对该领域的进展情况给出了一些展望。 1 风的基本特性1·1风的概述大气边界层内风特性的研究是风工程研究的基础。大气边界层是指受地球表面磨擦力影响的大气层,大气边界层的高度随气象条件、地形和地面粗糙度的不同而有差异,大致是在离地面400 m~1 000 m的范围。大气边界层内的风是大气层中空气相对地球表面的运动,一种随机的湍流流动。它的形成主要是由于大气层吸收地球表面辐射热导致空气温度、密度、湿度不均匀,从而在大气层中形成压差,引起空气流动。长期以来,人们对它进行了大量的研究工作,期望能用一个理论模型来准确描述,但未能实现。目前仅对100m 高度以下的地表层的风特性比较了解,将风特性分为平均风特性和脉动风特性来进行研究。风速观测记录表明:在较平阔的地形中,风场中某一点的风速可以分为风场内大气流动的平均速度和在此点的紊流速度(脉动风速)两个部分。前者是宏观上大
气整体运动形成的,方向一般为水平纵向,大小只与高度有关;后者是局部的紊流运动形成的,由于紊流的随机性,风场中各点的脉动风速各不相同。因此,可以对平均速度和脉动速度分别进行计算,再迭加得到总的风速。 在笛卡尔坐标系下,三维风场中任一点的风速可以表示为:U =U(z) +u(x,y,z, t)v =v(x,y,z, t)w =w(x,y,z, t)(1)式中:x轴为横向,即风的主流方向;y轴为纵向,与风的主流方向垂直;z轴为竖向,亦与风的主流方向垂直;U(z)为主流方向的平均风速;u(x,y,z, t)、v(x,y,z, t)、w(x,y,z, t)为脉动风速在三个方向上的投影,大小随时间变化; t表示时间。 由于自然风在x、y、z三个方向上的脉动分量间的相关性较弱,且目前对三个脉动分量之间的相关关系缺乏卓有成效的研究,实际应用中通常不考虑风速在x、y、z三个方向之间的相关性,而仅考虑风速在空间上的相关性,从而在理论上将三维相关的风场简化为三个方向上独立的一维风速场,亦即将三维相关的多变量随机过程简化为三个独立的一维多变量随机过程。 1·2平均风特性平均风特性包括平均风速、平均风向、风速廓线和风频曲线。大气流动平均风速受天气变化的影响比较大,在不考虑剧烈的天气变化(台风)情况下,根据每10 min间隔的大气流动速度的平均值来计算。平均风速沿着高度变化的规律即风速廓线是表征风特性的最重要指标之一。风速廓线可以用对数律或指数律表示: UUs=zzsα或UUs=ln(z/z0)ln(zs/z0)(2)其中:Us为标准高度zs处平均风速;α为地面粗糙度系数;z0为地面粗糙度。对数形式对于近地面的下部摩擦层较适合,可以很好地表达高度较低(离地100 m以下)大气层的强风轮廓。指数形式在地面
AJ ACDEMIC ARTICAL ISSUE 由于数值模拟相当于在计算机上做实验，相比模型实验方法具有 周期较短，成本低等特征，并可以用较为形象和直观的方式将结果展 示出来（图４）。本文采用数值分析的方法对小区内的空气流动情况作 出初步的数值模拟，以对该建筑小区内的风环境作出分析和评价。 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：Ｃｏｍ－ｐｕｔａｔｉｏｎａｌ Ｆｌｕｉｄ Ｄｙｎａｍｉｃｓ）技术［４］（图５）。该技术从１９７４年以后大量应用于制造业领域。但近年来研究者将ＣＦＤ技术应用于建筑环境的模拟研究工作，到目前为止虽然还没有得到深入和普及的应用，但已经取得了很大的发展。本文采用ＣＦＤ软件（Ａｉｒ－ｐａｋ）进行ＣＦＤ技术分析，该软件主要采用多种求解方法和多重网格加速收敛技术，因而能达到最佳的收敛速度和求解精度［５］。Ｆｌｕｅｎｔ Ａｉｒ－ｐａｋ是面向工程师、建筑师和设计师等专业领域工程师的专业人工环境系统分析软件，特别是ＨＶＡＣ ２ 建造中的同济设计中心Ａ楼３ 风洞模拟实验 ４ 计算机模拟 ５ 数值计算技术领域。它可以精确地模拟所研究对象内的空气流动、传热和污染等物理现象，并且可以准确地模拟通风系统的空气流动、空气品质、传热、污染和舒适度等问题，并依照ＩＳＯ ７７３０标准提供舒适度、ＰＭＶ、ＰＰＤ等衡量室内空气质量（ＩＡＱ）的技术指标。２ 模拟分析２．１ 外部环境 上海地理位置为：东经１２１°４’，北纬３１°２’（图６），平均海拔高 度７ｍ，时区：东８区，同济新村位于上海市杨浦区，通过Ｅｃｏｔｅｃｔ软 件气象数据查询，我们可以得到上海地区的全年气象数据（图７、８）。 图７中从上往下的第１条线为全年最高温度分布曲线、第２条 线为全年平均温度分布曲线、第３条线为全年最低温度分布曲线、 第４条线为全年每日早上９时的相对湿度分布曲线、第５条线为全 年每日下午３时的相对湿度分布曲线。 如图８所示，该地区全年最大风速约５５ｋｍ／ｈ，即１５．２ｍ／ｓ左６ 上海区位（东经：１２１°４’，北纬：３１°２’） 将模型导入ＣＦＤ软件 计算机计算 数值模拟
根据风的记录，脉动风可作为高斯平稳过程来考虑。观察n 个具有零均值的平稳高斯过程，其谱密度函数矩阵为： ????????????=)(...)()(............)(...)()()(...)()()(2122221 11211ωωωωωωωωωωnn n n n n s s s s s s s s s S （9） 将)(ωS 进行Cholesky 分解，得有效方法。 T H H S )()()(*ωωω?= （10） 其中， ????????????=)(...)()(............0...)()(0 ...0)()(212221 11ωωωωωωωnn n n H H H H H H H （11） T H )(*ω为)(ωH 的共轭转置。 根据文献[8]，对于功率谱密度函数矩阵为)(ωS 的多维随机过程向量，模拟风速具有如下形式： [] ∑∑==++???=j m N l ml l jm l l jm j t H t v 11)(cos 2)()(θωψ ωωω n j ...,3,2,1= （12） 其中，风谱在频率范围内划分成N 个相同部分，N ωω=?为频率增量，)(l jm H ω为上述下三角矩阵的模，)(l jm ωψ为两个不同作用点之间的相位角，ml θ为介于0和π2之间均匀分布的随机数，ωω??=l l 是频域的递增变量。 文中模拟开孔处的来流风，因而只作单点模拟。即式（4）可简化为： []∑=+???=N l l l l t H t v 1 cos 2)()(θωωω （13） 本文采用Davenport 水平脉动风速谱： 3/422 210 )1(4)(x n kx v n S v += （14） 式中，－－)(n S v 脉动风速功率谱； －－n 脉动风频率(Hz)； －－k 地面粗糙度系数；
室外风环境模拟分析报 告精编 Document number：WTT-LKK-GBB-08921-EIGG-22986
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 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。 气候概况 达州市属湿润季风气候类型。由于地形复杂，区域性气候差异大。海拔800米以下的、、地区气候温和，、、夏热、，四季分明，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，春寒和秋霜十分突出。达州市热量资源丰富，雨热同期，全年平均气温度－度之间，无霜期300天左右。 风环境影响 建筑群和高大建筑物会显着改变城市近地面层风场结构。近地风的状况与建筑物的外形、尺寸、建筑物之间的相对位置以及周围地形地貌有着很复杂的关系。在有较强来流时，建筑物周围某些地区会出现强风；如果这些强风区出现在建筑物入口、通道、露台等行人频繁活动的区域，则可能使行人感到不舒适、甚至带来伤害，形成恶劣的风环境问题。在一般的气候条件下，他们直接影响着城市环境的小气候和环境的舒适性；一旦遇到大风，这种影响往往会变成灾害，使建筑外墙局部的玻璃幕墙、窗扇、雨棚等受到破坏，威胁着室内外的安全。 调查统计显示：在建筑周围行人区，若平均风速V>5 m/s 的出现频率小于10%，行人不会有什么抱怨（在10%大风情况下建筑周围行人区风速小于5 m/s，即可认为建筑周围行人区是舒
根据风的记录，脉动风可作为高斯平稳过程来考虑。 观察n 个具有零均值的平稳高斯过 程，其谱密度函数矩阵为： _Sii ^）気临）...% （灼）］ ?、 S 21（国）S 22（⑷）...S 2n （⑷） S （CO ）= ±1（00）乳儉）…Snn （G0）_ 将SC ）进行Cholesky 分解，得有效方法。 其中, T H C ）为H （「）的共轭转置。 根据文献［8］，对于功率谱密度函数矩阵为 SC ）的多维随机过程向量， 模拟风速具有如 F 形式： j N V j ⑴=送 Z ‘H jm ?)| cosb l t 理 jm ? )P ml ] m=! l ± j =1,2,3..., n （12） 其中，风谱在频率范围内划分成 N 个相同部分，△⑷=⑷/N 为频率增量，H jm （⑷丨）为 上述 下三角矩阵的模，jm （打）为两个不同作用点之间的相位角， r ml 为介于0和2二之间 均匀分布的随机数， j =|是频域的递增变量。 文中模拟开孔处的来流风，因而只作单点模拟。即式（ 4）可简化为： N v （t ）=送 |H （创）72M cos b |t +d 】 （13） im 本文采用Davenport 水平脉动风速谱： 2 4kx 2 S v （n ）二 V 10 2 473 （ 14） n （1 x ） 式中，S v （n ）――脉动风速功率谱; n ——脉动风频率（Hz ）； k ——地面粗糙度系数； S( ) = H( J H C )T (10) H （；：；■）= 旳11心） |H 21（豹） H 22 C 0 ... Bnlg) H n2( ) ... H nn?) 一 (11)
基于谐波合成法的脉动风场模拟 摘要 在建筑结构的现代设计中，抗风设计在建筑安全设计逐渐占有的着越来越重要的地位。但受困于现有实测数据的局限性，风模拟的重要性日益得到凸显。 本文首先简述了对风的认识、风荷载研究发展历程和风荷载对建筑的影响。而后概述平均风、脉动风、旋涡等风场基本元素的特性，并且回顾近年来风模拟研究进展，介绍利用谐波合成法进行风的数值模拟的想法。最后通过对模拟生成数据与现有实测数据的对比，验证了谐波合成法脉动风模拟的可行性。 关键词：风荷载；谐波合成法；脉动风
1、绪论 1.1、对风的基本认识 空气的流动是风形成的本质原因，这是现象是由于太阳热辐射而产生的自然现象。太阳的热辐射到达地表，使其温度上升高，地表附近的空气受热,因密度变小而上升。向上的热空气因渐渐变冷密度增大而下落。由于地表一直接受着太阳的照射，所以温度比高空空气高，它加热的空气又会继续上升，这种原因导致的空气循环就是风形成的本质。虽然其流动的方向看似确定，但空气移动的速率和方向却是有着随时间、空间的变化而会产生随机性变化的特点。风的这种特性是可以利用风速剖面、脉动风的湍流强度、湍流积分尺度、湍流功率谱密度函数等随机概率特性进行叙述解释的[1]。 1.2、脉动风模拟研究意义 随着经济的飞速发展，生活水平不断提高，多种建筑形式也在不断进入我们的生活。对于建筑结构提出了更高的要求。从前的低矮建筑样式在防灾减灾方面主要考虑抗震性方面的因素。而随着建筑结构向着更高、更大、更复杂的方面发展，对高耸结构、高层建筑结构、大跨度空间结构、高压输电塔线体系等结构的安全性研究就变得日益重要。从前对于低矮建筑结构的抗灾要求已远远不能满足现今复杂建筑结构的安全需求。其中风荷载是当今现代高层、复杂的建筑结构体系设计中必需要考虑到的一类非常重要的荷载。事实上，我们为能计算出正确可靠的结构抗风性能，应该求出结构的反应概率密度分布关于时间变化的过程，并且在实际的大气边界层湍流中，脉动风速不仅随时间改变，而且还具有与空间位置的相关性。但是现在的现实情况是没有足够的现场实测的风速数据，整合难度大并且参考价值比较的小,因为现在的实测数据大部分为点分布，没有区域性的资料，而且由于地理环境等因素的改变，数据也需要不断更新，当一个建筑要开工建设之前通常只有很短的时间留给风速资料的收集，而且这样的数据一般也不会考虑风速与空间的相关关系。所以，由于实测资料的限制，使用实测风速资料的局限性很大，进而，利用计算机进行人工对风场的模拟是一个十分可行的方法。
论风环境对建筑设计的重要性以及风环境模拟的方法 成员 组长：黄瑞云 2011012314 组员：赵小玲 2011012311 组员：王丹 2011012309
摘要：本论文论述了风环境对建筑设计的重要性以及各种风环境的模拟方法介绍，最后利用风环境模拟方法中的PHOENICS软件模拟了行政服务中心项目的风环境。 关键词：风环境绿色建筑舒适流通风速风压 PHOENICS 正文： 随着人们生活水平的提高，人们对居住、办公环境的要求越来越高。如何在建筑室内各部分维护良好通风的同时避免废弃回流，在室外环境规划中维护“风道”，促进城市空气流通更新与人们聚集区域的风速舒适与减轻污染，成为设计建筑风环境的基本考虑。建筑群风环境与建筑室内通风是营造人体生理舒适性的主要因素，而且通风效率与建筑节能直接相关，是可持续发展的“绿色建筑”的重要主题。对于中国这样广大地区的气候环境差异，造成南北方、长江流域以及亚热带地区完全不同的风环境考虑，建筑布局如何适应当地气流条件，以及采暖节能与制冷节能对风环境的完全不同要求，都对建筑设计提出了要求。 随着人口密度的提高，用地开始紧张，高层建筑成了开发商们的首选。风荷载是高层建筑的主要侧向荷载之一。1926年9月美国迈阿密市麦芽喀隆大楼在台风袭击后发生塑形变形，顶部残余位移达0.61米。我国深圳一座超高层建筑在多次不同风洞测验中，还发现横风向强烈风震现象。众多工程实例表明，结构抗风分析是高层建筑重要设计计算的因素。 当然风环境不仅对建筑产生影响还会对建筑周边的行人产生影
响。当一栋大楼矗立起来，不可避免地改变了原来吹经此处的风的走向，即改变此片地块的风环境。这种改变有可能产生不良影响。例如商业街和成排成列的住宅区两旁，形成人工“街道峡谷”，也可以说是弄堂，风汇合在街道弄堂里，由于“峡谷效应”，风速加大，出现局部强风，加上建筑物的阻滞，形成漩涡和强烈变化的升降气流等复杂的空气流动现象。不仅群体建筑会形成不良区域性风气候，单体高层建筑福今年也会出现不利的风环境。高层建筑趋于将高空的高速气流引至地面，特别是建筑转角处，流动加速，并在建筑前方形成停驻的漩涡，将恶化建筑周围行人高度的风环境，危及过往行人安全。 以上我们叙述了风环境对我们的重要性，但是期望在建筑风荷载规范里寻找具体地貌区域里，设计外形各异的建筑物风荷载体形系数供设计计算之用，无疑是困难的。何况不同风向角下，其流态是不同的，风荷载体形系数是变化的，建筑物间也存在相互干扰，风荷载的影响是难以评估的，故只有通过模型的风洞试验来了解在风力作用下高层建筑群体间的相互干扰影响和改变其外表周边风压分布情况，获取必要的风荷载数据，才能准确评估各个高度上局部风环境详情，确保安全舒适的风环境。 风洞试验是当前建筑室外风环境及风工程领域使用的主要方法，它是通过制作实际建筑物的缩尺模型在大气边界层风洞中进行的，通过必要的手段产生类似于实际建筑周围的风场，然后通过布置在模型表面及周围的试验仪器测量风速、风压等相关数据，当前研究内容已经涵盖了建筑物在不同地貌下以及各种体型的高层建筑的风压风速
根据风的记录，脉动风可作为高斯平稳过程来考 虑。观察 个具有零均值的平稳高斯过程，其谱密度函数矩阵为： （9） 将 进行Cholesky分解，得有效方法。 （10） 其中， （11） 为 的共轭转置。 根据文献[8]，对于功率谱密度函数矩阵为 的多维随机过程向量，模拟风速具有如下形式：
（12） 其中，风谱在频率范围内划分成 个相同部分， 为频率增量， 为上述下三角矩阵的模， 为两个不同作用点之间的相位角， 为介于 和 之间均匀分布的随机数， 是频域的递增变量。 文中模拟开孔处的来流风，因而只作单点模拟。即式（4）可简化为： （13） 本文采用Davenport水平脉动风速谱： （14） 式中， 脉动风速功率谱；
脉动风频率(Hz)； 地面粗糙度系数； 标准高度为10m处的风速(m/s)。 Matlab程序: N=10; d=0.001; n=d:d:N;%%频率区间（0.01～10） v10=16; k=0.005; x=1200*n/v10; s1=4*k*v10^2*x.^2./n./(1+x.^2).^(4/3);%%Davenport谱subplot(2,2,1) loglog(n,s1)%%画谱图 axis([-100 15 -100 1000]) xlabel('freq');
ylabel('S'); for i=1:1:N/d H(i)=chol(s1(i));%%Cholesky分解 end thta=2*pi*rand(N/d,1000);%%介于0和2pi之间均匀分布的随机数t=1:1:1000;%%时间区间（0.1～100s） for j=1:1:1000 a=abs(H); b=cos((n*j/10)+thta(:,j)'); c=sum(a.*b); v(j)=(2*d).^(1/2)*c;%%风荷载模拟 end subplot(2,2,2) plot(t/10,v)%%显示风荷载 xlabel('t(s)'); ylabel('v(t)'); Y=fft(v);%%对数值解作傅立叶变换
新项目 室外风环境模拟计算报告 计算软件：风模拟分析软件PKPM-CFD 开发单位：中国建筑科学研究院 建研科技股份 合作单位：Software Cradle Co., Ltd. 韵能建筑科技 应用版本：Ver1.00 2015.10.19
室外风环境模拟分析报告 项目名称：新项目 项目地址： 建设单位： 设计单位： 参与单位： 规标准参考依据： 1、《绿色建筑评价标准》（GB/T 50378-2014） 2、《民用建筑设计通则》（GB 50352-2005） 3、《绿色建筑评价技术细则》
一、项目概述 1.1计算模型概况 1.2建筑物概况 图1 建筑群平面图，红线建筑为目标建筑
二、指标要求 针对室外风环境评价依据为《绿色建筑评价标准》（GB/T 50378-2014）中有关室外风环境的条目要求。 2.1规的评价要求 《绿色建筑评价标准》（GB/T 50378-2014）中有关室外风环境的具体要求如下： 4.2.6 场地风环境有利于室外行走、活动舒适和建筑的自然通风。评分规则如下： 1 冬季典型风速和风向条件下，建筑物周围人行区风速低于5m/s，且室外风速放大系数小于2，得2分；除迎风第一排建筑外，建筑迎风面与背风面表面风压差不超过5Pa，再得1分。 2 过渡季、夏季典型风速和风向条件下，场地人活动区不出现涡旋或无风区，得2分；50%以上可开启外窗室外表面的风压差大于0.5Pa，得1分。 2.2模拟条件设置要求 1、室外风环境模拟的边界条件和基本设置需满足以下规定： 1）计算区域：建筑覆盖区域小于整个计算域面积3%；以目标建筑为中心，半径5H 围为水平计算域。建筑上方计算区域要大于3H；H为建筑主体高度； 2）网格划分：建筑的每一边人行高度区1.5m或2m高度应划分10个网格或以上； 3）湍流模型选择：标准k-ε模型。高精度要求时采用Durbin模型或MMK模型。
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）
万方数据
．１７０?水电能源科学 其中ｘ＝［ｚｌ，ｚ２，…，ｚＭ］Ｔ Ｙ＝［ｙ１，Ｙ２，…，ＹＭ］Ｔ ｚ＝［２ｌ，施，…，ＺＭ］Ｔ 式中，（ｚ；，ｙ，，≈）为空间第ｉ点坐标，ｉ一１，２，…， Ｍ；Ｐ为ＡＲ模型阶数；Ａｔ为模拟风速的时间步 长；吵。为ＡＲ模型自回归系数矩阵，ｋ一１，２，…， Ｐ；Ⅳ（￡）为独立随机过程向量。 根据风速时程假定，式（４）两边同时乘 ＶＴ（Ｘ，Ｙ，Ｚ。ｆ＿Ｊｆ△￡），并求数学期望有： Ｂ（ｊｚ、ｔ）＝一∑％Ｒ［（歹一是）ａｔ－Ｉ （歹一１，２，…，户）（５） 式中，Ｒ为ｐＭ×ｐＭ阶自相关Ｔｏｅｐｌｉｔｚ矩阵。 则ＡＲ模型的正则方程为： 脚＝［尝］㈤ 其中ｌｆ，＝［咖，亿，…，以］Ｔ 式中，ｌｆ，为ｐＭ×Ｍ阶矩阵，咿为Ｍ×Ｍ阶方阵； ＲＮ为Ｍ×Ｍ阶方阵；ｑ为（ｐ一１）Ｍ×Ｍ阶矩 阵；其元素全部为０。 ＡＲ模型阶数根据最小ＡＩＣ准则确定Ｍ。 ＡＩＣ函数为： ＡＩＣ（ｐ）一Ｎ１９Ｚ＋２（ｐ＋１）（７） 其中Ｚ＝２Ｒ（ｏ）一Ｒ（Ｎ） 式中，Ｎ为样本容量。从一阶模型开始求ＡＩＣ（ｐ） 的函数值，直至找到使其最小的户为止，一般取 ４＂－５阶即可满足要求。 ３算例 ３．１风速时程模型 ５００ｋＶ栖霞一文登（昆嵛）送电工程直线塔 为５Ｄ—ＳＺｌ双回路直线塔，塔高６６．４ｍ，档距５００ ｍ，建立三塔四线模型见图１。基于Ｍａｔｌａｂ软件 编制脉动风速时程模拟程序，各参数分别为：①基 本参数。根据文献Ｅ７－１求得标准高度（１０ｍ）处平 均风速为口ｌ。＝２９．６６５ｍ／ｓ，地面粗糙度系数ｋ； ０．００５；②时间和频率参数。时间步长０．１ｓ， 时程总长ｔ＝３００ｓ，初始频率０．０１Ｈｚ，截止频率 图１输电塔线模型 Ｆｉｇ．１Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｔｏｗｅｒｌｉｎｅｍｏｄｅ １０Ｈｚ；③模型参数。节点设置总数为７８个，计算 模型阶数ｐ一４，表１为模型部分节点坐标值。 表１提取风速点坐标 Ｔａｂ．１Ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｏｆｅｘｔｒａｃｔｅｄｐｏｉｎｔｓｍ ３．２风速时程分析 （１）点ｌ的脉动风速时程曲线见图２、风速模 拟谱与目标谱拟合曲线见图３。由图可看出，采 用ＡＲ法编制程序模拟的脉动风速谱与采用 Ｋａｉｍａｌ谱计算获得的目标谱拟合效果好。 ｆ，ｓ 图２点１脉动风速时程曲线 Ｆｉｇ．２Ｔｉｍｅｈｉｓｔｏｒｙｃｕｒｖｅｏｆｆｌｕｃｔｕａｔｉｎｇ ｗｉｎｄｓｐｅｅｄｏｆｐｏｉｎｔ１ 图３点１风速模拟谱与目标谱拟合曲线 Ｆｉｇ．３Ｆｉｔｔｅｄｃｕｒｖｅｏｆｓｉｍｕｌａｔｅｄｓｐｅｃｔｒｕｍ ａｎｄｔａｒｇｅｔｓｐｅｃｔｒｕｍｏｆｐｏｉｎｔ１ （２）点ｌ、６、１４脉动风速时程曲线比较。为便 于比较，将点６、１４的脉动风速值分别加２０、４０ ｍ／ｓ，比较结果见图４。由图可看出：①不同高度 处脉动风速变化趋势相同，但各时刻的速度不同， 表明脉动风速具有随机性；②随高度增大，平均风 速变大，但脉动风的波动区间变小。表明输电塔线 图４点１、６、１４脉动风速时程曲线 Ｆｉｇ．４Ｔｉｍｅｈｉｓｔｏｒｙｃｕｒｖｅｏｆｆｌｕｃｔｕａｔｉｎｇ ｗｉｎｄｓｐｅｅｄｏｆｐｏｉｎｔ １－６，１４万方数据
83 摘 要：城市住宅小区内的建筑风环境状况是营造宜居居住空间的重要环境因子。以常州某一住宅小区规划设计方案为例，运用计算流体力学Airpak 软件中的RNG k-ε湍流模型，对规划初期形成的方案A 与基于风环境影响优化推导基础上形成的优化方案B 这两个方案的建筑群进行了风环境数值模拟；通过比较分析近地面1.5m 处风速、风压差、空气龄等风环境评价指标的风场效应模拟效果，归纳和验证从总体空间布局到建筑形态布局不同尺度建筑群空间组合关系产生的微气候风环境作用效应。本研究对于居住区规划风环境优化提供方法支撑，为构建健康舒适的小区风环境提供理论指导。 关键词：居住区规划；风环境；数值模拟Abstract:The wind environment of the building within urban residential district is an important environmental factor to create a livable living space. In this paper, by taking a residential d i s t r i c t o f C h a n g z h o u p l a n n i n g program for example, using the RNG k-ε turbulence model of the software Airpak of computational fluid dynamics to do numerical simulation of the wind environment of the building group including plan A , formed on the initial planning, and optimal plan B, based on the optimization of wind environmental i m p a c t ; t h r o u g h c o m p a r i n g a n d analyzing the simulation results of wind effect of the wind speed, wind pressure difference, air age and other wind environmental assessment indicators at the height of 1.5m from the ground, can generalize and verify the microclimate effects of wind environment, generated by the combination of building space relations at different scales from the overall spatial layout to the layout of building forms. In this study, the optimal methods of wind environment of the residential district are supported and theoretical guidances for building a healthy and comfortable residential district environment are provided. Keywords:planning of residential district；wind environment；numerical simulation 中图分类号：TU-984.12文献标识码：A 文章编号：1008-0422（2016）04-0083-05 1 前言 住宅小区内的大气环境，其研究的空间尺度较小，不同于城市大气环境，属于微尺度气象范畴。城市住宅小区内的微环境由风环境、光环境、热环境等构成，其中风环境对小区内微气候的影响尤为重要。良好小区风环境的构建对改善人们的居住舒适度和节约能源具有重要意义：过渡季或夏季可以利用自然通风解决热舒适性问题，减少空调的使用；冬季适宜的防风设计，可以防止冷风带走住宅周围的热量，以减少建筑能耗，实现住宅节能。因此，营造健康舒适的住宅小区环境，风环境研究显得尤为重要。 目前建筑风环境的研究方法主要包括现场实测、风洞模型试验以及基于计算流体力学（Computational Fluid Dynamics，CFD）的数值模拟方法等。较之现场实测和风洞试验，数值模拟具有成本低、实验速度快、易得到丰富模拟结果信息的特点，并能依据现有数据对未实施的规划设计方案进行风环境预测。近年来，国内外针对建筑风环境的研究不断深入。钱义等[1]运用RNG k-ε湍流模型对一住宅小区内的风速和风压进行数值模拟，结果表明建筑布局和风向角对小区风环境产生的影响较大；包毅等[2]通过雷诺平均方法对某居民小区的微环境进行数值模拟，研究表明将单体体积较大的高层建筑物建在小区建筑群的上风向，不利于夏季小区内的自然通风；陈亚洲等[3]采用数值模拟的方法对某小区进行三种风向下的风环境模拟，并评价了小区的风环境品质；Hanson 等[4]利用稳态的Navier-Stokes 方程对建筑物间的风环境进行数值模拟，并将结果与现有的风洞试验进行了对比；Jones 等[5]采用数值模拟的方法对高层居民楼的风环境进行了研究，并将计算结果和风洞试验进行比较, 指出两种方法均可以预测高层建筑附近的强风区，在强风区风速增加三倍。以上模拟研究表明CFD 数值模拟结果能较好反映建筑物周围的风场情况，小区风环境与其内部的建筑物布局、形体特征、空间关系等有密切关系，为住宅小区风环境的模拟分析提供了理论指导。总体而言，小区风环境模拟从规划设计阶段对不同小区方案对比优化的研究还不是很多。 本文运用RNG k-ε湍流模型，选取规划设计阶段的既有方案和在前期相关住区环境模拟因子作用结果分析基础上提出的优化方案，建立数值模型，分别模拟分析了这两个 作者简介：张春灵（1991-），女，河北石家庄人，华东师范大学中国现代城市研究中心、城市与区域科学学院硕士研究，研究方向：气侯变化与人居环境建设；姜允芳（1972-），女，安徽五河人，博士，通讯作者，华东师范大学中国现代城市研究中心、城市与区域科学学院副教授，硕士生导师，研究方向：气侯变化与人居环境建设。 ※国家自然科学基金资助（项目批准号：51108182；51578344）；教育部人文社会科学研究一般项目（项目批准号：10YJCZH059）；上海市浦江计划项目（C 类）（项目批准号：12PJC031）。 基于风环境数值模拟的住宅区规划设计优化研究 ※ Research on Optimizing Planning and Design of the Residential District Based on Numerical Simulation of Wind Environment 张春灵 姜允芳Zhang Chunling Jiang Yunfang
深圳某项目室外风环境模拟分析 发表时间：2019-07-31T14:00:19.513Z 来源：《建筑模拟》2019年第24期作者：严谨 [导读] 本文采用基于CFD原理的计算模拟软件PHOENICS作为模拟工具，分析和评价本项目小区的室外风环境现状与室内自然通风的潜力。 严谨 深圳国研建筑科技有限公司广东深圳 518000 摘要：城市中高大建筑的数量和高度与日俱增，这些建筑的建成显著改变了城市的风环境。一方面高大密集的建筑群，降低了城市的通风、自净能力，加剧了在低风速条件下城市的空气污染和热岛效应；而另一方面在风速较大时，高大建筑周围会产生局部强风，影响到行人的舒适与安全，引出行人风环境问题。本文采用基于CFD原理的计算模拟软件PHOENICS作为模拟工具，分析和评价本项目小区的室外风环境现状与室内自然通风的潜力。 关键词：室外风；坏境模拟；风速； 1.概况 1.1项目概况 本工程为深圳某医院项目。总用地面积20844.41平方米，总建筑面积109084.35平方米，计容积率面积61567.01平方米，框架结构。地上18层，地下3层。本项目主要有医疗综合楼、行政后勤楼、发热感染楼及高压氧仓综合楼、门卫等。其中医疗综合楼、行政后勤楼、发热感染楼及高压氧仓综合楼为一级耐火等级，门卫为二级耐火等级。 根据深圳市多年的气象资料，深圳的地面风向存在非常明显的季节变化，秋、冬季偏北风为主，春、夏季则以偏东风为主；根据深圳市近多年风向观测记录，深圳市全年的风向频率以东北风最高，秋季与冬季盛行东北风，春季与夏季盛行东南风。 2风速边界条件 2.1入口边界条件： 由于随着高度的增加，风速会增大，因此，模拟中采用沿高度方向梯度风设置。 考虑实测存在的周围遮挡情况，城市梯度风按照以下公式计算： 2.2出流面的边界条件： 假定出流面上的流动已充分发展，流动已恢复为无建筑物阻碍时的正常流动，故其出口边界相对压力为零；建筑物表面为有摩擦的平滑墙壁。 3.风环境模拟分析 根据报告前面的项目地点气象特点分析，项目的室外风环境研究分为三部分进行： 夏季主导风：风速为2.7m/s，风向为东南； 冬季主导风：风速为3.4 m/s，风向为东北； 过渡季主导风：风速为3.0m/s，风向为东南偏南。 3.1夏季风工况 夏季主导风向为东南，平均风速2.7m/s。 图3-1～图3-3为夏季东南风向情况下室外风环境模拟计算结果。 在夏季东南风作用下，本项目整个室外人行高度1.5m区域风速约为0.50-4.69m/s，满足国家《绿色建筑评价标准》GB/T50378-2014对室外风速的要求。区块内风路流畅，未出现明显无风区或旋涡区。人行高度风速放大系数约为0.01-1.25，风速放大系数满足国家《绿色建筑
龙源期刊网 https://www.doczj.com/doc/dc18012999.html, 建筑布局对住宅小区风环境的影响 作者：蒲增艳 来源：《科技风》2017年第09期 摘要：本文利用FLUENT软件对建筑布局为行列式和错列式的住宅小区风场进行模拟，通过分析这两种建筑布局下行人高度处（Z=1.5m）风场风速的分布情况，得出这两种建筑布 局对住宅小区风环境的影响，从而对实际的建筑规划起到一定的指导作用。 关键词：FLUENT；住宅小区；建筑布局；风环境 1 数值模拟机理 1.1 建立物理模型和选取数学模型 本文选取行列式和错列式两种建筑布局，住宅小区中每栋建筑的长、宽、高分别为40m、15m、50m。本文选取正北作为主导风向，由《城市居住区规划设计规范》规定知，南北朝向的楼间距为楼层高度的 0.7 倍，即35m。东西朝向为0.4 倍，即20m。两种布局见图1。 住宅小区的风场一般为低速、不可压缩的湍流，而数学模型中标准k-ε模型在低速湍流中被广泛应用，因此笔者选择标准k-ε模型。其控制微分方程如下： 上式中，μt表示湍动黏度；ε表示耗散率；Cμ表示经验常数；k表示湍流动能；σε与σk 表示ε 和k 相对应的Prandtl 数；σk、σε、Cμ、C1ε、C2ε表示模型常数，其取值分别为 σk=1.0，σε=1.3，Cμ= 0.09，C1ε=1.44，C2ε=1.92。 1.2 计算域的确定 由于住宅小区室外风场作用范围较广，因此模拟过程中应选择较大的计算区域，但计算区域太大，会增加模拟的计算成本，而计算区域太小则会导致模拟的计算结果失真。因此合理的选择计算区域十分重要。Chang等人发现，建筑风环境模拟过程中模拟的建筑模型距计算区域边缘至少是建筑模型高度的5倍时，计算的结果更准确。所以笔者选取的计算区域的长、宽、高分别是700m、650m、250m。 1.3 边界条件及网格划分 1.3.1来流面边界条件 考虑到地表的摩擦作用，风速随着距地表的距离减小而减小，为使模拟尽可能接近实际，必须考虑风速与距地表高度的关系。因此模拟过程中来流面风速与高度的关系如下：
风环境模拟软件 风环境模拟软件是由PKPM与Cradle公司为满足中国绿色建筑标准而定制合作研发的一款软件，属于PKPM绿色建筑系列软件之一，是实现绿色建筑系列软 件中室外风环境、室内自然通风以及热岛模拟计算等CFD模拟分析的专业软件。该软件已经发展成为用户界面友好，计算速度高，并具有丰富功能的风环境模件。 拟软 【软件特点】 l 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，没使用过风环境模拟软件的设计师就能利用其进行简单的分析计算。 l 高效的操作流程 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，甚至可以输出高清的动画效果，给予客户更直观，更清晰的感受。
l 快而有效的求解 软件基于WIN平台开发,相对于其他同类软件,对同等规模的网格数所需要的硬件要求更低，效率更高，能够多核并行计算，快速实现超高网格数量的模型计算。 【软件功能】 1）强大的导模和建模功能 软件不仅自带强大的建模功能，可快速进行复杂模型的建模，同时能导入多种格式的模型数据，比如CAD、revit等输出的dxf、gbXML等模型文件。 2 ）模型简化分析功能 软件还有常见形状的图形库，图形库基本涵盖了建筑分析所需要的模型。除此之外，软件还有模型简化功能，能够去掉一些不影响分析结果但会增加网格数目的地方。 3）自动划分网格 计算机在短时间能自动划分网格,同时, 直观易懂的接口让完成划分网格的工作无需丰富的经验知识。