基于六旋翼无人机搭载风速仪的典型建筑绕流实测

基于无人机搭载风速仪对边界层内典型建筑的绕流风场风特性进行了实测研究,分析了平均风速、湍流度、脉动风速功率谱等风场风特性参数。分析结果表明:基于无人机实测拟合的建筑来流剖面粗糙度指数为0.2796,处于GB 50009-2012《建筑结构荷载规范》中的C类地貌与D类地貌之间;来流处顺风向和横风向脉动风速功率谱与Karman谱较为吻合,横风向脉动风速功率谱峰值能量略高于经验谱。本次实测建筑高度为82.45 m,现场实测表明在60 m和80 m高度平面的绕流风场特性受建筑影响较为明显,受影响区域主要为建筑两侧靠近建筑的区域以及尾流中间段区域,这些区域测点的平均风速较之来流减小,顺风向和横风向湍流度较之来流增大;受建筑影响区域的顺风向和横风向脉动风速功率谱峰值具有向高频段移动的趋势;而在100 m、120 m高度的现场实测表明,这两个平面绕流风场特性受建筑影响较小。

用于建筑绕流预测的非线性涡粘模型改良

为了改良非线性涡粘性模型模拟建筑绕流问题的表现,首先介绍了采用涡粘性模型预测建筑绕流问题的现状,分析了模拟中存在的问题,然后基于Craft非线性涡粘性模型提出了一种用于预测建筑绕流的改良的非线性涡粘性模型,并利用日本建筑学会提供的风洞实验数据对改良的非线性模型进行分析验证.结果表明:改良的非线性涡粘性模型一方面改善了标准k-ε模型建筑前端湍动动能预测过大的问题,预测出了建筑顶部的分离和再附着;另一方面通过增大尾迹区的湍动动能,改善了涡粘性模型在预测建筑尾迹区流动中的表现.通过改良,非线性涡粘性模型可以较好地预测建筑风环境.

用于建筑绕流模拟的零方程模型

为提高住区微环境模拟时的计算效率,该文提出了用以代替两方程湍流模型的零方程湍流模型。该模型经风洞实验验证,可达到与当前实际工程中常用的标准k-ε模型相近的计算精度。同时,实际尺度的建筑上应用的结果表明:该零方程模型对网格的要求比标准k-ε模型更低;同等计算条件下,该模型可使计算时间显著减少。通过减少网格数量,加快计算速度,该模型可有效改善计算效率,可作为今后实际工程应用中标准k-ε模型的有效替代者。

建筑物周围绕流流场的三维数值模拟

运用κ-ε双方程湍流模型数值模拟了单个建筑物周围的空气流场,数值模拟结果与S.Muralami等人风洞实 验结果基本一致,在此基础上又模拟了一组建筑物群绕流的三维流场。

建筑物绕流的非稳态数值模拟研究

建筑物绕流是一种典型的钝体绕流形式,而钝体绕流通常具有非稳态流动特征,本文主要工作是对建筑物绕流的非稳态流场进行数值模拟研究。首先采用了RNG k-ε模型对方柱绕流进行非稳态数值模拟研究,通过与实验以及大涡模拟结果进行比较,发现RNG k-ε模型可以获得满意结果;接着又对一种典型的建筑物绕流形式进行数值模拟研究,分别采用了稳态和非稳态模拟方法,模拟结果表明了采用非稳态数值模拟方法可以获得与实验以及大涡模拟更为接近的结果。

建筑物绕流风能利用的模拟研究

采用标准k-ε模型,利用Fluent软件对典型单体建筑物绕流风环境进行数值模拟,并将其结果与Summer等人的实验数据进行了对比,分析了来流风速、迎风角以及建筑高度对风能特征的影响.以建筑物绕流风能的强化为目的,提出建筑物与风道相结合进行风能利用,并对其进行模拟分析.结果表明:迎风角对风能的可利用性影响较小,来流风速、建筑高度对风能的可利用性影响较大,建筑物与风道结合时风能的浓缩效果明显提高.

建筑物绕流的环境效应

本文建立了一个适合建筑物绕流等环境流动的可压缩湍流粘性数值模型，并用该模型模拟了单个和多个建筑物的绕流，得出了建筑物问的滞留旋涡、建筑物“热岛”等对环境有很大影响的流谱．

建筑物绕流风能利用——集流构筑物集流效应的模拟研究

采用标准κ-ε模型,利用Fluent软件对典型单体建筑物绕流风环境进行了数值模拟.根据建筑周围风环境特性,在建筑物顶部构造一种集流构筑物,并将其与建筑物相结合.采用数值模拟方法分析了其风速场和风能密度场,比较了几种不同几何形状的集流构筑物的风能集流效果,并得到了最优的集流构筑物型式,为建筑物风能利用提供了一种新的形式和依据.

非定常来流对建筑周围流场影响的数值模拟

采用R ea lizab le k-ε双方程模型和P ISO算法,在正弦型周期变化风谱所形成的大气边界层对数风速廓线下,对绕三维建筑物的流动进行了数值模拟.采用分区网格划分方法,应用自适应网格技术,固体壁面采用标准壁面函数法处理.计算结果显示,整个流场都随正弦风谱呈周期性波动,各点速度的变化周期相同,只是幅度有所改变.周期的变化对整个流场速度的大小影响较小,但振幅的改变可使速度值发生很大变化.在建筑物周围,受阻挡的气流被挤压而绕流,横剖面后部形成两个旋转方向相反的大尺度涡;纵剖面后部分离后产生与H相同高尺的分离涡,回流区长度在0.15 m左右,且不随周期和振幅而改变,整个流动具有对称性.

气流绕流对某科技馆屋顶垂直轴风力机运行的影响

应用CFD方法,对不同来流方向的气流绕流某科技馆不规则顶部的流动情况进行了模拟计算。根据分析计算结果发现,不同方向来流的流动所受到的该建筑物屋顶的影响差别很大。为了避免屋顶气流绕流对垂直轴风力机运行产生的不利影响,只要适当调整垂直轴风力机在屋顶上的安装高度,就可以使东、西两侧垂直轴风力机摆脱屋顶气流绕流产生的涡流区,达到改善垂直轴风力机的运行状况的目的。

某不稳定边界层单体建筑后方点源污染扩散的大涡模拟

首先产生大涡模拟所需要的入流湍流条件,然后应用标准Smagorinsky模型对位于某不稳定边界层的单体建筑后方点源污染扩散问题进行了数值模拟。结果表明,在不稳定条件下,使用大涡模拟能够较好地预测单体建筑的绕流特性和污染物分布。单体建筑绕流的湍流场十分复杂,空气流经建筑后发生了分离,在建筑后方形成了再循环区域,使高浓度气体被输送到建筑背面附近。受周期性涡脱落现象的影响,污染气体被释放后逐渐向建筑两侧及下游扩散,形成了较宽的扩散区域。气体的高浓度和低浓度瞬时等值面表现出了不同的特征。

山东师大新校区综合教学楼风环境模拟研究

基于fluent计算流体力学平台,采用standardk-ε模型simple算法对山东师大新校区综合教学楼周围的风环境进行了数值模拟,结果表明:当计算域尺度从15h×10h×6h调整到15w×10d×6h(其中w为建筑物长度,d为建筑物宽度,h为建筑物高度)时,计算精度明显提高。另外当入流风方向为西北风,来流风速为1.6m时,距建筑物上风向200m位置受建筑物影响西北风变为北风,在教学楼区域形成多湍窝及高风区的复杂风场,在距建筑物下风向500～600m位置,建筑物对风的影响基本消除。