CFD与建筑环境设计PDF电子书下载

第1篇　CFD数值解析方法的基础 1

1.1　计算流体力学诞生和实用化的背景 1

1.2　非等温流场的基础方程式、变量和坐标系处理方法 2

1.3　离散化方法 4

1.3.1 有限差分法（FDM） 4

1.3.2　有限体积法（FVM） 4

1.3.3　有限元素法（FEM） 4

1.4　计算法则 5

1.4.1 MAC法（旧MAC法） 5

1.4.2　SMAC法 6

1.4.3　HSMAC法 7

1.4.4　FS法 8

1.4.5　SIMPLE法 9

1.5　计算网格与网格生成 10

1.5.1 计算网格 10

1.5.2 网格的生成方法 11

1.6　对流项的差分法 12

1.6.1 对流项差分法的误差 13

1.6.2　各种差分法 13

1.7　边界条件 17

1.7.1 壁面边界条件 18

1.7.2 入口（流入）条件、出口（流出）条件、自由空间的边界条件 23

1.8　误差评价 24

1.8.1 误差估算法 24

1.8.2　误差解析的实例 26

1.9　湍流模型 29

1.9.1 方程式的求解 30

1.9.2 涡黏性（梯度扩散近似）模型（0方程式、1方程式、2方程式模型） 31

1.9.3　DSM（应力方程模型） 42

1.9.4　代数应力模型（ASM） 53

1.9.5　LES（Large Eddy Simulation） 55

1.9.6 各种流场的湍流模型适应性的比较 68

1.10　伴随密度变化的低马赫数的压缩性流的解析（火灾现象的解析） 69

1.10.1 低马赫数的压缩性流体解析的必要性和问题点 69

1.10.2　低马赫数近似的压缩性流体的基础方程式及其性质 71

1.10.3 考虑压缩性的湍流模型 74

1.11　对流和辐射的耦合解析 83

1.11.1 居住环境中考虑了相互反射的辐射传热 84

1.11.2 对流·辐射的耦合解析方法 91

1.11.3 室外空间的辐射传热解析 95

第1篇　参考文献 106

第2篇　人体·建筑·都市环境数值解析实例 117

2.1　人体周围微气候解析 117

2.1.1 人体和周围环境之间的热交换 117

2.1.2　用对流、辐射、湿气、热输送的耦合解析方法解析人体全热散发特性 118

2.1.3 送风方式的差异引起的人体周围微环境的变化 128

2.1.4 上升气流的诱导效果和空气污染 131

2.1.5　被动吸烟的数值解析 134

2.1.6 呼吸区域的气流特性可视化及测量 138

2.1.7 人体吸气势力范围的CFD解析 140

2.1.8 风对人体的力学影响的CFD解析 142

2.2　利用对流·辐射耦合解析方法研究室内温热环境的形成机理 148

2.2.1 室内温热环境的形成原因及本章构成 148

2.2.2　稳态流场和非稳态流场 149

2.2.3 应用各种RANS模型和LES的非等温室内气流解析 152

2.2.4　非等温条件下室内稳态流场、非稳态流场的湍流解析模型的改良 156

2.2.5　在稳定分层化流场中开放式水路条件下的MKC模型的验证 171

2.2.6 各种SGS模型的非等温室内气流的LES解析 173

2.2.7 室内温热环境的对流与辐射耦合解析 178

2.2.8 自然通风并用型复合式空调方式 180

2.3　室内扩散场和通风换气效率 189

2.3.1 由流场决定的扩散场、浓度场 189

2.3.2　很难符合完全混合假定条件的流场和浓度场 190

2.3.3　利用概率密度函数的浓度空间分布特性、风速脉动分布特性的公式 191

2.3.4 空气龄的概念 193

2.3.5 各种通风换气效率指标SVEs的定义 193

2.3.6 活塞流和完全扩散场的通风换气特性（SVE3和SVE6）的评价 196

2.3.7 污染源、扩散场和SVE1（污染物的室内平均浓度）、SVE2（污染物的扩散半径）之间的关系 198

2.3.8 湍流型洁净室的通风换气效率指标（SVE1～SVE6） 200

2.3.9　粉尘扩散时粉尘粒径的影响 207

2.3.10　局部区域的通风换气效率指标：VF（访问次数）和L-PFR（局部排风量） 209

2.3.11 不同通风换气方式下供暖和空调时呼吸区域的通风换气效率 213

2.4　室内化学物质引起的室内空气污染的数值解析 216

2.4.1 室内环境和化学物质污染的影响因子 216

2.4.2 内部扩散支配型散发和蒸发支配型散发 217

2.4.3 多孔质建材内部和建材表面的化学物质传质模型 218

2.4.4　居室模型的VOCs浓度预测 224

2.4.5 相互通风的2室模型的化学物质的传输 232

2.4.6 小型试验箱的化学物质散发量的解析 235

2.5　大空间的室内气候数值解析 239

2.5.1　大空间的室内环境调节 239

2.5.2　关西机场候机厅的室内环境的数值解析及实测 242

2.5.3 东京国际会所（Tokyo International Forum）的室内环境解析 247

2.5.4　超高层办公楼中庭内的温热环境解析 251

2.5.5 自然通风条件下大型集贸市场的室内空气环境解析 256

2.6　建筑周围气流的数值解析 262

2.6.1 建筑周围气流的特征 262

2.6.2　建筑周围气流数值解析的问题点 263

2.6.3 RANS模型与LES的二维计算和三维计算 265

2.6.4　二维角柱周围流场的各种湍流模型数值解析 266

2.6.5 立方体周围流场的各种湍流模型数值解析以及标准k-ε模型的缺陷 267

2.6.6 标准k-ε模型关于迎风角部湍流能量k的生产过大的修正 270

2.6.7 使用k-ε修正模型进行二维肋边周围流场解析 273

2.6.8 建筑周围气流的DSM模型的应用 274

2.6.9 标准S模型的问题点及动态LES的导入 276

2.6.10　LES中各种SGS模型的预测精度的比较 277

2.6.11 动态LES中计算稳定性的探讨 279

2.6.12 采用拉格朗日型稳定化解法的二维角柱周围流场动态LES解析 281

2.6.13　LES的流入边界条件处理方法 282

2.6.14　楼宇风问题的数值解析 284

2.6.15　通风时室外·室内的流场·压力场的解析 289

2.6.16　建筑周围扩散问题的数值解析 290

2.6.17　流体—固体耦合解析 293

2.7　室外温热环境的数值解析 301

2.7.1 室外温热环境的形成机理 301

2.7.2 预测室外温热环境的SET＊的耦合解析的流程 302

2.7.3 室外温热环境的解析用的CFD模型及其修正 303

2.7.4　地表面、建筑外表面的热平衡与表面温度的计算方法 309

2.7.5 室外温热环境的现场观测与数值解析的比较 312

2.7.6 绿化对于夏季温热环境的综合影响及室外环境的绿化规划 318

2.7.7　建筑外表面覆盖材料对建筑表面温度·热负荷的影响 332

2.7.8 采用空气龄对城市通风换气效率的评价 335

2.8　利用数值气候模型进行城市气候的解析 342

2.8.1 城市气候的模型化 342

2.8.2 城市气候解析的湍流模型和基础方程式 343

2.8.3　边界的适体网格和坐标变换 346

2.8.4　嵌入式网格方法的概念 346

2.8.5 城市气候模拟的边界条件和地表面的热平衡 348

2.8.6 风速分布的实测结果和数值预测的比较 349

2.8.7 气温时间变化的实测结果和数值预测的比较 350

2.8.8 绿地的面积、种类的差异引起的地表面温度分布的变化 350

2.8.9 绿地率（草地率和森林率）和地表面温度的关系 352

2.8.10　海风、陆地风的形成及其对气温分布的影响 353

2.8.11 温度的垂直分布的时间变化和对流混合层的发展 354

2.8.12 东京的城市化变迁和伴随的气候变化 354

2.8.13 建筑物的日射反射率的差异引起的地表面温度的变化 358

2.9　火灾现象的数值解析 361

2.9.1 高温垂直加热壁面的自然对流解析 362

2.9.2 火灾模型的室内高温自然对流的解析 370

2.9.3　街区火灾传播的数值解析 374

2.9.4　与风场耦合的大规模城市火灾的数值解析（以神户地区为对象） 377

第2篇　参考文献 383

第3篇　通过CFD耦合解析方法进行人·建筑·都市的环境设计 403

3.1　人所感受环境的物理尺度和空间尺度 403

3.1.1 物理尺度 403

3.1.2　空间尺度 403

3.2　环境的相互影响和耦合解析 404

3.2.1 耦合解析的必要性 404

3.2.2 形成环境物理要素的相互影响和耦合解析 404

3.2.3 环境中空间尺度的构造层次和耦合解析 405

3.3　单纯作为解析工具的CFD和作为设计工具的CFD 408

3.4　各种形成热环境因素的贡献度的耦合解析 409

3.4.1 热环境形成贡献度的概念 409

3.4.2　热环境形成贡献度的定义 409

3.4.3 第1热环境形成贡献度（CRI1） 410

3.4.4 第2热环境形成贡献度（CRI2） 412

3.4.5 第3热环境形成贡献度（CRI3） 412

3.4.6　研究热环境形成贡献度的居室模型 413

3.4.7　CRI1的空间分布 413

3.4.8　CRI3的空间分布 414

3.5 用热环境形成贡献度解析方法改善剧场环境的实例 417

3.5.1 基本工况的热环境 418

3.5.2 热环境形成贡献度的解析和改善措施 420

3.5.3 基于空气温度形成贡献度解析的改善后的热环境 422

3.6　利用对流·辐射解析与空调控制的自动反馈系统的耦合方法进行室内环境的最优化设计 423

3.6.1 采用了自动反馈系统的综合耦合解析 423

3.6.2 空调负荷计算和CFD耦合计算的历史 423

3.7　对流·辐射解析与空调控制的自动反馈系统耦合进行室内环境优化设计的实例分析 427

3.7.1 半开敞空间的环境设计概要 427

3.7.2　CFD与自动反馈系统的耦合解析和空调系统的优化 429

3.7.3 气流分布的比较 429

3.7.4　温度分布的比较 430

3.7.5 壁表面温度与作用温度、MRT的比较 431

3.7.6 人体模型换热特性的比较 431

3.7.7　空调负荷的评价 432

3.8　构成人·建筑·城市环境设计的共同操作平台的开发 433

3.8.1 操作平台的概念和机能 433

3.8.2　解析城市热岛现象的操作平台 433

3.9　基于操作平台想法的耦合解析的实例介绍 435

3.9.1 人体周围的流场·温度场的耦合解析 435

3.9.2 室外热环境的耦合解析 437

3.9.3　城市·地域气候的耦合解析 440

第3篇　参考文献 444