[发明专利]基于CFD的考虑建筑体穿流效应的建筑风环境评估方法

说明书

本发明实施例提供了基于CFD的考虑建筑体穿流效应的建筑风环境评估方法，采用多孔介质单元模拟目标建筑单体，进而模拟整个建筑群，并不需要对构建出的目标建筑单体模型进行开窗模式的研究，而是借助多孔介质单元的多孔作为窗，对目标建筑单体进行研究。对于构建“透气性”建筑单体，提高城市建筑单体模拟精度具有积极意义。本发明实施例中所提出的方法较实景室内遮挡物三维模拟计算量大大缩减，有望将高精度CFD数值仿真计算的一般建筑物及街区尺度(1km)推进至城区尺度(10km)，为城市规划设计者和政府决策建设资源可持续型城市提供的科学佐证。

技术领域

本发明实施例涉及流体力学建筑风环境技术领域，更具体地，涉及基于CFD的考虑建筑体穿流效应的建筑风环境评估方法。

背景技术

随着社会的发展，城市化进程的加快，城市中高层建筑在建造过程中不仅需要考虑建筑本身的空气流通状况，还要考虑建筑引起的风环境的变化。高层建筑之间成为风通过的路径，狭窄的风通道形成了“巷道效应”，使得该区域内风速明显加快，从而引起在行人在行走和活动的过程中不安全和不舒适的问题。

目前，通常采用风洞模拟试验和计算机数值化模拟风环境这两种方式开展对对建筑的动力学扩散机制的研究工作。其中，风洞模拟试验(wind-tunnel testing)是指在风洞中安置飞行器或其他物体模型，研究气体流动及其与模型的相互作用，以了解实际飞行器或其他物体的空气动力学特性的一种空气动力实验模拟方法。计算机数值模拟风环境主要是采用计算流体力学(Computational Fluid Dynamics，CFD)数值模拟，CFD数值模拟与风洞模拟试验相比，成本低、耗时短，更容易得到丰富的流场结果信息，且更容易对参数变化进行敏感性分析，模拟较复杂的真实流动情况也较容易实现。在建筑风环境模拟方面，已有大量的工作。

但是，风洞模拟试验虽然能够比较准确地推演建筑风环境，但实验所需环境规模较大，而且仪器昂贵，因此并不适合用来测试不同环境参数下的模拟需要。而CFD数值模拟，虽然具有风洞模拟试验没有的优点，但是由于受限于湍流理论本身不完善和湍流模型的适应范围以及计算方法的适应性，导致采用CFD数值模拟这种方法的可靠性还需要经过后期实验进行验证，增加了复杂性。而且，对于每一不同的建筑来说均需要确定一个合适的湍流模型，大大增加了计算量。

发明内容

为克服上述问题或者至少部分地解决上述问题，本发明实施例提供了一种基于CFD的考虑建筑体穿流效应的建筑风环境评估方法。

一方面，本发明实施例提供了一种基于CFD数值模拟的考虑建筑体穿流效应的建筑风环境评估方法，包括：

基于多孔介质单元，对具有目标孔隙率的目标建筑单体进行计算流体力学CFD数值模拟，确定计算域的风速以及所述计算域的进风口、出风口之间的压降，以评估所述目标建筑单体周围的流场和压降；所述多孔介质单元具有预设惯性阻力系数和预设粘性阻力系数；

其中，在进行所述CFD数值模拟时，建立多孔介质单元模型，并确定所述多孔介质单元模型在所述计算域中的控制方程和动量方程源项；

基于所述控制方程和所述动量方程源项，确定所述多孔介质单元模型周围的流场和压降，并将确定的所述多孔介质单元模型周围的流场和压降作为所述目标建筑单体周围的流场和压降。

另一方面，本发明实施例提供了一种基于CFD数值模拟的考虑建筑体穿流效应的建筑风环境评估系统，包括：

风环境评估模块，用于基于多孔介质单元，对目标建筑单体进行计算流体力学CFD数值模拟，确定计算域的风速以及所述计算域的进风口、出风口之间的压降，以评估所述目标建筑单体周围的流场和压降；测算所述多孔介质单元当代表建筑单体时具有预设惯性阻力系数和预设粘性阻力系数；

其中，在进行所述CFD数值模拟时，建立多孔介质单元模型，并确定所述多孔介质单元模型在所述计算域中的控制方程和动量方程源项；