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城市規(guī)劃CFD模擬設(shè)計的數(shù)字化研究(3)
時間:2014-01-31 20:54:49 作者:余 莊,張 輝 來源:網(wǎng)絡(luò)媒體 閱讀:6143內(nèi)容摘要:【摘要】介紹了如何建立CFD模擬中城市數(shù)字模型。CFD模擬應(yīng)用在城市規(guī)劃與城市氣候關(guān)系的研究中,準(zhǔn)確、合理的CFD城市數(shù)字模型是進行研究的關(guān)鍵。將復(fù)雜的城市轉(zhuǎn)化為可在CFD中進行仿真模擬的數(shù)字模型,需將城市中的建筑材料性質(zhì)、水體的數(shù)字模型以及城市特征轉(zhuǎn)化為CFD模型的數(shù)字參數(shù),以...在此次研究中,通過數(shù)字城市模型在CFD中的模擬計算,使我們可以對與城市密切相關(guān)的風(fēng)速、溫摹⒎射溫度、大氣壓等一系列氣候因素的進行更深一步的評定分析。一方面,對于城市的通風(fēng)、熱輻射、舒適度等問題可以進行細(xì)致的分析和評定,能夠提出更好、更合理的解決辦法。另一方面,應(yīng)對城市不同的地域和氣候特點制定相應(yīng)的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)和城市設(shè)計導(dǎo)引,總結(jié)城市建設(shè)戰(zhàn)略發(fā)展南虻慕崧郟對城市市域和市區(qū)的空間、綠地布局等提出建議,給城市的規(guī)劃管理部門提供參考意見。以利于加強對城市建設(shè)的指導(dǎo),創(chuàng)造出更加和諧、舒適城市人居環(huán)境。該項研究是武漢市總體規(guī)劃修編中的專題研究項目,在此感謝武漢市總體規(guī)劃修編中心的大力支持。
圖4 風(fēng)速圖Fig4 speed
圖5 空 氣 齡 圖Fig.5 Mean age of airs picture表:區(qū)域分級依據(jù) Tab: area classification gist等級建筑密度容積率人口毛密度(人/ha)綠化程度一 級10%以下0.5以下200以下很好二 級10%—20%0.5—1.0200-400好三 級20%—30%1.0—1.5400-600一般四 級30%—40%1.5—2.0600-800較差五 級40%以上2.0以上800以上差參考文獻(References)1. 汪光燾,王小云,苗世光,余勇,現(xiàn)代城市規(guī)劃理論和方法的一次實踐-佛山城鎮(zhèn)規(guī)劃的大氣環(huán)境影響模擬分析,城市規(guī)劃匯刊[J],2005/6, 18-222. Kazuya Takahashi, Harunori Yoshida, Yuzo Tanaka,et al. Measurement of thermal environment in Kyoto city and its prediction by CFD simulation . Energy and Buildings. 2004/083. 白虎志、任國玉、方鋒,蘭州城市熱島效應(yīng)特征及其影響因子研究[J],氣象科技,2005/124. 胡文斌、孟慶林、華賁,遠(yuǎn)程CFD仿真及在建筑設(shè)計中的應(yīng)用[J],計算機仿真,2005/025. 王寶民、劉輝志、桑建國等,北京商務(wù)中心風(fēng)環(huán)境風(fēng)洞實驗研究[J],氣候與環(huán)境研究,2004/046. 李才媛,彭春華,趙勤炳等. 武漢市2003年盛夏異常高溫特征分析[J]. 華中師范大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2004[9]:379~3827. Airpak Tutorial guide, Flunet,20038. Airpak users guide, Flunet,20039. Airpak Release Note, Flunet,2003作者簡介:余莊(1951.10—),男,華中科技大學(xué)建筑與城市規(guī)劃學(xué)院教授、博士生導(dǎo)師非中國城市規(guī)劃學(xué)會會員聯(lián)系方式:武漢華中科技大學(xué)建筑與城市規(guī)劃學(xué)院 郵編:430074電 話:027—87556040 傳 真:027—87543156E-mail:zyu@hust.edu.cn張輝(1980.8—),男,華中科技大學(xué)建筑與城市規(guī)劃學(xué)院碩士研究生非中國城市規(guī)劃學(xué)會會員聯(lián)系方式:武漢華中科技大學(xué)建筑與城市規(guī)劃學(xué)院 郵編:430074電 話:027—87556040 傳 p:027—87543156E-mail:zhhust@163.com
國家自然科學(xué)基金資助項目“夏熱冬冷地區(qū)基于節(jié)能及氣候適應(yīng)性的城市設(shè)計策略研究”(編號:50578067)。*武漢市總體規(guī)劃修編的專題研究項目
4計算結(jié)果分析
圖3 溫 度 圖Fig.3 temperature picture通過在CFD中的模擬計算,得出城市在受到一定氣候影響中的溫度、風(fēng)速、大氣壓和太陽輻射情況,通過綜合分析這些模擬計算結(jié)果,最終得出有科學(xué)依據(jù)的城市規(guī)劃布局與城市氣候之間的關(guān)系。以武漢市夏季白天為例,模擬城市在西南主導(dǎo)風(fēng)向作用下的溫度情況。通過模擬計算出的溫度圖(圖3),可以明顯看出,在夏季白天主導(dǎo)風(fēng)向情況下,武漢市熱區(qū)域分布構(gòu)成以市區(qū)為主,面積大、分布集中的多中心城市熱區(qū)域的主要特征。市區(qū)被長江、漢江分割形成三鎮(zhèn)(漢口、漢陽、武昌)四片(漢口、漢陽、武昌、青山)的多中心結(jié)構(gòu)。針對漢口主城區(qū)而言,大面積城區(qū)溫度高,武昌和漢陽城區(qū)部分地區(qū)溫度高,其它地區(qū)溫度相對較低,明顯形成了城市的“熱島效應(yīng)”。從速度圖和空氣齡圖(圖
4、圖5)分析來看,風(fēng)在城市周邊地區(qū)速度較高,氣流通過很快,由此說明夏季白天氣流在城區(qū)周邊的滯留時間較短;而通過主城區(qū)時,速度有明顯下降,空氣齡指數(shù)相對較大,說明滯留時間長。在部分城區(qū)由于其街道布局與風(fēng)向一致,空氣齡指數(shù)相對較小,通風(fēng)順暢,利于空氣質(zhì)量的改善。通過與相關(guān)數(shù)據(jù)6和武漢市城市熱環(huán)境遙感圖對比來看,這些模擬結(jié)果與實際情況基本吻合。通過檢測和分析,漢口城區(qū)和武昌、漢口部分城區(qū)人口密度大,建筑密度高,城市下墊面性質(zhì)改變大,受太陽熱輻射的影響,空氣流動性差使熱量不易轉(zhuǎn)移從而產(chǎn)生熱島效應(yīng)等,明顯是造成這種現(xiàn)象的主要原因。而在長江、漢江和城市湖泊周邊地區(qū),由于水體溫度相對較低,對其周圍的溫度有相當(dāng)?shù)挠绊懀瑢χ苓厹囟扔幸坏恼{(diào)節(jié)作用。
5 結(jié) 論
將CFD應(yīng)用于城市數(shù)字模型中,通過流體力學(xué)計算來探討城市規(guī)劃布局與城市氣候的關(guān)系題是一種全新的思路。由于CFD的分析能夠展示別的手段所不能揭示的系統(tǒng)的性質(zhì)和現(xiàn)象,且一旦給定問題的參量,CFD能夠快速的給出想要的結(jié)果,且模擬是一種經(jīng)濟的分手段,能節(jié)省大量的人力物力。盡管CFD分析有許多約束條件的限制,我們求的是城市數(shù)字模型在計算機模擬風(fēng)洞中的穩(wěn)態(tài)后的情況,滿足CFD的約束條件限制,當(dāng)然,由于采用的新方法研究,還有許多問題需要研究解決。3下一頁
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