[发明专利]一种基于CFD数值模拟的高空露天平台行人风环境评估方法

摘要

一种基于CFD数值模拟的高空露天平台行人风环境评估方法，它涉及一种高空露天平台行人风环境评估方法，具体涉及一种基于CFD数值模拟的高空露天平台行人风环境评估方法。发明为了解决现有风洞试验成本高、模型简化、缩尺比过小，且现有风环境评估方法精度不足的问题。本发明具体步骤为：对最小计算域的要求来设置CFD数值模拟的计算域；采用混合网格来离散计算域，并采用边界层网格对平台附近的网格进行加密；制定CFD数值模拟的计算工况；进行CFD数值模拟；基于风速比r_M，将风环境评估标准(本发明采用NEN 8100评估标准)中的小时平均风速阈值U_thr转换为实际高层建筑10m高度处的小时平均风速阈值U_thr,M。本发明属于建筑风环境领域。

主权项

1.一种基于CFD数值模拟的高空露天平台行人风环境评估方法，其特征在于：所述一种基于CFD数值模拟的高空露天平台行人风环境评估方法的具体步骤如下：步骤一、采用大型商业软件ICEM CFD建立拟评估某多塔连体高层建筑的足尺数值计算模型，并依据德国标准《城市风环境的CFD数值模拟最佳实践指南》COST Action 732中对最小计算域的要求来设置CFD数值模拟的计算域；采用混合网格来离散计算域，并采用边界层网格对平台附近的网格进行加密；步骤二、制定CFD数值模拟的计算工况，研究不同气动措施对高空露天平台行人风环境质量的改善效果；步骤三、进行CFD数值模拟，获得不同参数工况下多塔连体高层建筑模型的高空露天平台行人高度的小时平均风速U_i和风速比U_i/U_r，并利用式①确定各风向角下实际多塔连体高层建筑的高空露天平台行人高度的小时平均风速U_i,site与10m高度的小时平均风速U_10,site的比值r_M：公式①中，U_r为CFD数值模拟的参考高度平均风速；U_r,site表示实际高层建筑参考高度Z_ref处的小时平均风速；α表示指数律风剖面的地面粗糙度指数；步骤四、基于风速比r_M，将风环境评估标准，采用NEN 8100评估标准中的小时平均风速阈值U_thr转换为实际高层建筑10m高度处的小时平均风速阈值U_thr,M：公式②中，U_thr为NEN 8100风环境评估标准中的小时平均风速阈值；步骤五、统计并分析拟评估多塔连体高层建筑的当地气象资料，确定十六个风向角下良态风的风向频率及风速概率分布函数；气象资料包括10m高度处的小时平均风速和平均风向；θ风向角下各测点风速U超过小时平均风速阈值U_thr,M的概率为：公式③中，θ＝1，2，3，…，16，表示气象学中常用的十六个风向角编号，风向角间隔为22.5°；A_θ为风向角θ的风向频率；c_θ和k_θ分别为风向角θ时Weibull分布函数的尺度参数和形状参数；步骤六、累加所有风向角下各测点风速U超过小时平均风速阈值U_thr,M的概率，即该风速阈值的超越概率：步骤七、基于全风向角下的超越概率P(U>U_thr,M)，并结合NEN 8100评估标准中的最大容许超越概率P_max，评估高空露天平台行人风环境的舒适性与安全性；步骤一中采用的计算域依据德国标准《城市风环境的CFD数值模拟最佳实践指南》COST Action 732中对最小计算域的要求来设置的，即计算域的轮廓尺寸满足宽×高×长＝5H×6H×20H，其中计算模型前方5H，后方15H的要求，计算域的阻塞率为0.48％；为确保高空露天平台行人高度处的数值计算精度，采用边界层网格对平台附近的网格进行加密，保证高空露天平台行人高度下方具有3层以上网格；不同参数工况下的网格总数约为500万；步骤三和步骤四中高空露天平台行人高度的小时平均风速U_i和风速比U_i/U_r、小时平均风速比值r_M和小时平均风速阈值U_thr,M均为描述高空露天平台行人风环境的气动信息的参数，行人高度是指高空露天平台以上2m高度；步骤五和步骤六中十六个风向角下Weibull分布函数的参数，包括风向频率A_θ、尺度参数c_θ和形状参数k_θ，是由多塔连体高层建筑所在地区的气象资料统计分析得到的；步骤四和步骤七中的小时平均风速阈值U_thr和最大容许超越概率P_max均由荷兰国家标准NEN 8100给出。