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第二章城市冠层内部建筑群风场的模拟2.1 城市化对城市冠层内部风场的影响现代社会，城市化所引起的局部大气边界层的改变，会对低层气流和湍流产生显著的影响。
特殊的城市下垫面，具有较大的粗糙度，可以引起较强的机械湍流，改变局地的风场结构，对居民日常生活造成影响。
城市冠层内的流场结构与湍流分布受人类活动影响最大，跟人类日常生活关系也最为密切。
如今，随着城市区域的发展和日益扩大，建筑群的增多、加密、增高，导致城市下垫面粗糙度的增大，使得城区的近地面平均风速减小[10][83]。
另一方面，城市化的进步带来高度的物质文明，提高了居民的生活水平，而生活水平的提高，也使得人们对居住环境的要求也越来越高。
如今，在进行城市规划的时候，人们都需要考虑到绿地的覆盖率、建筑物的几何形状及其高度、建筑材料的选取以及周边环境气象要素的分布等复杂的问题[84]，而风场所造成的舒适度问题，也是一个需要考虑的重要因素。
城市下垫面对风场的影响主要体现在城区风速变小、盛行风向的改变以及热岛环流等几个方面。
建筑群的增多和密集，会导致粗糙度的增加，其动力阻碍效应消耗了空气水平运动的动能，因此城区的平均风速相对郊区较小。
但是，在城市冠层内部，流场的局地差异非常大，有些地方会成为“风影区”，风速极小；相反，在特殊情况下，局地风速则会远远大于同时间同高度的郊区，这些都要归咎于城市内部复杂的结构，主要的影响因素有：A ，大量形状各异的街谷的存在。
街谷是城市下垫面特有的建筑群形式，其特殊的几何与下垫面的热力性质，对城市的区地气候会产生很大的影响：首先，街谷的走向、宽度及高度和朝向都不尽相同，因此会造成太阳辐射收支的局地差异，产生热力差异，在适当的条件下，如盛行风微弱或者静风的时候，上述所说的热力之间的差异，就会导致局地的热力环流的出现，从而使城市内部产生不同的风向和风速；其次，街谷的几何外表特征，即建筑物之间的位置布局，在很大程度上影响了街谷内的流场；另外，盛行风的风速、风向以及大气层结状况等也是重要的因素，如果来流的风向和街谷走向大致相同，由于狭管效应，街谷内就会出现局部的强风区，反之，当来流风垂直于街谷轴线时，街谷内的流场与其几何特征以及上游来流风之间的关系就变得非常复杂[85]，一般会在街谷内部形成涡旋，而涡旋的特征，则通常由比例系数H/D来决定，即建筑物的高度H和街谷的宽度D的比值；B ，当盛行风吹过城市中参差不齐的建筑群的时候，其动力阻碍效应会在建筑物附近产生复杂的升降气流、涡动和绕流等现象，从而使得风场的局地变化更为复杂；C ，交通工具在街道中行驶所产生的气流与热量，也会影响到街区的流场。
室外风环境模拟分析报告目录1项目概况 (3)1.1总平面图..................................................................................................................... 错误!未定义书签。
1.2三维视图..................................................................................................................... 错误!未定义书签。
2模拟概述............................................................................................................................ 错误!未定义书签。
2.1室外风环境 (3)2.2自然通风 (3)3技术路线 (4)3.1分析方法 (4)3.2软件介绍 (4)3.3紊流模型 (4)3.4模拟工况 (5)4参考依据 (6)5评价说明 (6)6室外风环境模拟建模 (7)6.1物理模型 (7)6.2参数设置..................................................................................................................... 错误!未定义书签。
6.2.1来流边界条件 (7)6.2.2出流边界条件 (8)6.2.3收敛判断 (8)7室外风环境模拟分析结果 (9)7.1工况1（冬季最盛行风，E） (9)7.1.1流场与风速 (9)7.1.2风压 (10)7.2工况2（夏季盛行风，SW） (11)7.2.1风压 ...................................................................................................................... 错误!未定义书签。
用Phoenics2009做的小区风环境模拟我是第一次做小区的风环境模拟，步骤都是根据论坛大侠发的风环境模拟帖子做的。
1.在CAD中选择建模中的长方体建立一栋楼的模型，尺寸是10m×15m×15m ,这是第一列建筑的第一个模型。
2.接着用阵列做成3×3的小区总图，行间距5m，列间距10m，总共是9栋楼。
然后将第二列的三栋楼都改成20m高，把第三列的三栋楼都改成25m高。
这样就形成了一个前低后高的行列式建筑布局。
3.接着是将9个实体合并成一个实体。
运用修改菜单下面的实体编辑选项中的并集命令把9个实体变成一个实体。
4.选择文件菜单中的输出命令，选择平板印刷STL格式，选择合并完的那个实体就行了。
5.打开VR，建立一个新的case,选择Flair模块。
选择VR中的Obj，新建一个Obj，type：blockage，切换到shape选项，点进Import CAD geometry from STL file，然后浏览STL文件所在的文件夹，选择STl文件。
6 点击Menu ，打开控制面板中Geometry 建立区域：400m×400m×100m的计算主域。
7.点击obj ，new，new obj，在Type中选择Wind。
点击Attributes设置风的参数，8.点击Geometry，设置如下：9，点击Model，设置如下：10，点击Properties，选择domain material ，选择Gases，接着选择11，点击Numerics，设置迭代的次数和间隔:12,设置完成后，就可以选择Run菜单下的Solver进行求解了。
计算结果如下：13，就是后处理了，Phoenics自身带有后处理模块。
点击Run 菜单，下的 Post processor，选择GUI就可以了。
14 下面是1.5-100m不同高度的压力图。
15.下面是0-100m 不同高度的速度图结语：总体感觉Phoenics 能导入CAD 的STL 文件的功能不错，建模很方便，在风的参数设置上也有很多的设置，风速，风向，参考高度，指数或对数风力梯度。
城市休闲街区的室外微气候环境分析城市休闲街区的室外微气候环境分析随着城市化进程的不断加快，人们对城市休闲街区环境的要求也越来越高。
作为城市中人们放松身心、休闲娱乐的场所，室外微气候环境在城市休闲街区中扮演着重要的角色。
室外微气候环境主要包括温度、湿度、风速、辐射等多个因素，对人们在街区中的舒适度与健康状况有着至关重要的影响。
因此，本文将对城市休闲街区的室外微气候环境进行分析。
一、街区尺度下的温度分析在城市休闲街区中，温度是最常见且最容易被察觉的气候因素之一。
城市化带来了大量的建筑物、道路和车辆，这些都会对街区内的温度产生影响。
例如，高密度建筑群集中会产生热岛效应，使街区温度显著上升。
此外，街区中的植被覆盖和水体也会对温度起到调节作用。
绿植与水体能够吸收并散发热量，减缓温度上升的速度。
因此，在设计城市休闲街区时，应注重增加绿色植被覆盖和合理规划水体，以提供更为舒适的环境。
二、湿度与空气质量分析湿度是室外微气候环境中另一个重要的因素。
高湿度会导致人们出汗困难、呼吸困难等问题，降低人们在街区中的舒适度。
而城市中的交通、工业活动和建筑物排放的尾气、烟尘等物质会加剧空气质量的恶化。
因此，街区中的绿植、水体以及空气净化设施都能起到调节空气湿度和提高空气质量的作用。
三、风速与通风分析风速在城市休闲街区中也是一个关键的因素。
适宜的风速能够提供凉爽的感觉，增加人们在街区中的乐趣。
在城市化发展过程中，高层建筑导致了风速变化的不均匀。
为了提高街区的通风能力，可以在规划时考虑建筑物间的通风通道，并采用合适的街道宽度和景观布置来优化风流。
四、辐射与阴阳分析阳光辐射是城市休闲街区中一个重要的气候因素。
阳光的强度和持续时间对街区中的气温和舒适度有着直接的影响。
过于强烈的阳光辐射会导致街区过热，而缺乏阳光则会使街区显得阴暗潮湿。
因此，在设计街区时，需要做出阴阳合理的布局，合理安排建筑物的高度和朝向，以保证阳光的利用和遮挡，提供舒适的阳光照明。
*不同风向下城市街区风环境的模拟东华大学环境科学与工程学院 寇 利*袁丽丽 谢 平 高加加摘 要 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。关键词 Fluent；城市街区；数值模拟；IAQ
Simulating the wind environment of a urban sub-domain in different wind directionKou Li, Yuan Lili, Xie Ping and Gao JiajiaAbstract By using of Fluent CFD software, a 3d intersection model of streets is set. The wind velocity distribution andthe particle concentration distribution near the intersection are simulated under 3 wind direction conditions in the sandweather. The result of the modeling shows that the layout of the structures and the wind direction can affect the windenvironment and indoor air quality.Keywords Fluent; urban sub-domain; numerical simulating; IAQ
寇利，女，1983年12月生，在读研究生，201620 上海市松江区人民北路2999号东华大学环境科学与工程学院5135室（021）67792554E-mail：koulikevin@yahoo.com收稿日期：2008-6-6
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作一种带有物质（污染物）输运的流体力学问题，因而在
2008年12月 洁净与空调技术CC&AC第4期设立合理计算模型和边界条件的前提下，用CFD技术研究街区内的大气环境问题是可能的。本文将针对不同风向，利用CFD软件Fluent建立了一个城市街区十字路口的计算模型，结合分析各个风向下的速度场、压力场以及浓度场，研究室外沙尘天气对自然通风房间空气品质的影响。
１ 数值模型建立１．１ 模型描述 本文建立了一个十字路口的计算模型，十字路口在东西南北四个方向上的建筑物对称分布，每个方向上均有2排3列共6栋建筑物，其中所选建筑物尺寸为L×H×W=45 m×15 m×15 m，计算区域的大小会影响到模拟结果的准确性和计算量的多少，多年以来很多学者通过大量的试算，确定当计算区域长度和高度分别为建筑物长度和高度的5倍左右时，可形成无限远边界，根据建筑小区的尺寸，所选计算区域为1220 m×100 m×640 m，建筑模型示意图如图1所示。分别计算了建筑群在风从正西面（方向1）、北面（方向2）以及西北面（方向3，采用沿计算域对角线即与正北方向成60度夹角）吹来的情况，来流风速取3 m/s。粒子源为沙尘天气中来流所携带的粒子。
图1 模型透视图建筑物模型在计算区域内建筑物附近采用较密集的网格, 而远离建筑物处采用稀疏的网格。计算区域用fluent软件中的前置处理器gambit采用四面体网格进行网格化。本文研究的流场属于自然对流紊流流场，湍流模型选择标准 k-e 模型模拟湍流流动，壁面处理采用非平衡壁面函数方法。为提高模拟精度并保证物理结果的真实性，各控制方程的差分格式为二阶迎风格式。采用SIMPLE算法作为流场的压力速度耦合方法，并采用了波希涅斯（Boussinesq）假设。１．２ 模型验证为保证数值模拟方案在分析建筑周围流体的可靠性，需要先验证上述数学模型的合理性。Hall等[9]用风洞实验研究了一个中庭模型的流场，并提供了实验细节和测试数据，故本文先用文献[9]的实验数据验证数值模拟的准确性。图2给出了模拟与Hall实验结果的比较，其中A和B分别为气流方向距中庭区域为5倍和6倍建筑高度的上风向位置处2个模拟点；h为考察点高度，U为背景风速。可见，A，B两处风速沿高度变化的模拟结果与文献[9]实测风速廓线有很好的一致性，表明本文所采用的数值模拟方法可以用于随后的研究中。图2 中庭外部流场模拟结果与实验数据对比２ 模拟结果及分析２．１ 浓度场的模拟结果及分析 图3(a)、图3(b)分别是风向1、风速3 m/s时的距离地面10 m高度平面（以下记做M-M平面）上速度场和2.5 µm粒子的浓度分布情况。气流在遇到第一排建筑物迎风面后分成向上、向下两股绕流，经过2、3排建筑物，最后在街道内压差作用下形成涡流。与街区内形成涡流的原因相同，在建筑群下风向出口处也形成了一个涡。
. 22 . 洁净与空调技术CC&AC2008年 图3(a) M-M平面上的速度分布图 图3(b) M-M平面上2.5 µm浓度分布图图3(b)是街区M-M平面上2.5 µm粒子的浓度分布图。从图中我们可以看出浓度分布图与速度分布图密切相关，2.5 µm的粒子主要集中在建筑群外部以及与气流水平的街道内，建筑区内部相对外围来说粒子浓度要低，这说明在恶劣天气，外来风所携带的粒子在遇到建筑物的阻挡后首先会在建筑物外围沉积下来，进入到街区内的风是相对干净的。水平方向上，在建筑物前后巷道区（除街道外）的粒子浓度大部分都是很低的，结合风速场我们可发现这是因为受建筑阻挡后的气流难以进入此区域，故空气中的粒子浓度也低。而在形成涡流的垂直流场街道区内粒子浓度相对外围是低的，这是由外部来流在涡流的卷吸下带进高浓度的粒子造成的；但却比前面巷道内的浓度要高，因为气流卷入街道内部要比巷道容易。同理，最后一排建筑物的背风面出现浓度较高区。图4为风向3的情况。图4(a)是M－M平面上的速度矢量图，将街道4部分分别记录为A、B、C、D。气流在建筑物迎风面拐角处都发生了分 图4(a) M-M平面上的速度矢量图 图4(b) M-M平面上2.5 µm浓度分布图离，在前后两排建筑物巷道之间并没有形成涡流，其原因在于建筑物间距比较小，并且受到风向的影响，气流来不及形成旋涡就被后面的来流带向前去。另外在街区下风向，由于建筑物的阻挡作用，速度都比较低；只有在街道十字路口出口处的下风向区速度较建筑物下风向区要高，这是因为街道的间距比较大，受建筑阻挡后的气流在此汇聚后才沿十字路口流出。在最后一排建筑物尾部出现速度最低值，这是由前面建筑物的阻挡流场绕流等造成。图4(b)是M－M平面上2.5 µm粒子浓度分布图。粒子高浓度区依然出现在建筑群外围以及街道内，这点与西风是相同的。然而，我们可以看出街道C与街道D内的高浓度区域并不相同：上游出现在第四排建筑物迎风面，而下游则出现在第三排建筑物背风面，这要归因于气流的走势：我们来看街道C、D速度矢量图会发现，上游的气流在与前面三排建筑物上表面摩擦后进入街区C内，受第四排建筑物的迎风面阻挡而减速滞留；下游的气流在水平流场街区内部同样受到前三排建筑物上表明
第4期不同风向下城市街区风环境的模拟. 23 .的摩擦后进入水平流场下街区，但由于同时受到来自上街区垂直气流的排挤使得这股气流被挤压到第三排建筑物的背风面处才停留下来。在气流不容易进入的建筑物背风面出现了低浓度区，这点原因同西风是相同的。沿30度风向的最后一列建筑物背风面也出现部分低浓度区是因为气流在此发生绕流出现了低速区。图5给出的是北风情况下的速度矢量图以及浓度场分布图。图5(a)的速度场中，低速区均出现在各建筑物的背风面，且水平街道内的低速区还呈现出弧形对称；水平流场街道内的速度场以及气流入口处为高速区。而在浓度图5(b)中，与速度场照应，高浓度区出现在风速大的水平流场街道内部；低浓度均在低速的建筑物背风面并且在垂直流场街道内部的低浓度区也弧形对称。
２．２ 压力场的模拟结果及分析当来流为正西风向，因建筑群沿X轴对称故取一半。图6给出了来流速度为3 m/s，风向1时M-M平面上的压力分布图。
图5(a) M-M平面上的速度矢量图 图5(b) M-M平面上2.5 µm浓度分布图
图6 M-M平面上的压力分布图建筑物的通风效果主要由建筑物两边压差决定，由等压线我们可以看出受风向的影响，不同位置的建筑物两边压差差异比较大。处在上风向的第一排建筑两边压差为建筑群中最大的，所以它们的通风效果将是最好的。而第2排建筑的压差要比第一排低几个等级，这说明前排建筑的速度场对后排的产生了一定的影响。最后一排建筑由于下风向大的绕流作用压差也相对大些。综合以上分析得出，通风效果最好的将是第一排建筑物，其次为第二排以及最后一排，而第三排与第五排则是通风效果最差的。如果建筑物的窗户在开启状态，受室外沙尘的影响，那么建筑物的污染状况又有所不同。我们结合压力图及图3(b)的浓度图进行分析发现，第一排建筑物虽然是通风效果最好的，但由于处于高浓度粒子区，一旦窗户开启粒子就很容易进入室内造成污染，最后一排也是这样。而第三排同样处于高浓度粒子区，由于它的通风最差，所以即便是在开窗状况下粒子也很难进入室内，这样它的室内空气品质却是较好的。综合考虑我们可以得出：处在低浓度区且通风效果最差的第五排建筑物室内空气品质是最好的。以下是风向3的情况。图7为压力分布图，从图中看出处在来流风向上游区的第一行及第一排建筑物压差大，通风效果是最好的；其次，临街的建筑物7、8以及建筑物21、23相对其它建筑物要好些，这主要是因为来流在受到第一排建筑物的阻挡后沿十字路口集中流出，因此在出口处动能集中，风速较大，使得此处通风比较好。
