城市与建筑风环境的大涡模拟方法及其应用PDF电子书下载

1 绪论 1

1.1 城市建筑及街谷微尺度气候环境 1

1.1.1 建筑与城市街谷 1

1.1.2 街谷微尺度气候环境 2

1.2 城市与建筑风环境的研究方法概述 3

1.2.1 现场观测 3

1.2.2 风洞实验 4

1.2.3 数值模拟 4

1.3 街谷物理模型及数值预报模式开发 5

1.3.1 理想街谷模型 5

1.3.2 街谷流动与污染物扩散的（半）经验模式 7

1.3.3 街谷流动与污染物扩散的计算流体力学方法 10

1.4 实际街谷特征及其对空气流动和污染物扩散的影响 12

参考文献 17

2 街谷内流场及污染物的现场测量 25

2.1 香港深街谷内流场及污染物浓度垂直分布的测量 26

2.1.1 实验地点、仪器和方法 26

2.1.2 测量结果与分析 27

2.2 西安市街谷内污染物浓度的日变化测量 30

2.2.1 测量地点与测量仪器 30

2.2.2 测量结果与分析 32

2.3 结语 40

参考文献 41

3 大气湍流的大涡模拟方法及亚格子模式 43

3.1 大涡模拟的基本原理及控制方程组 43

3.1.1 大涡模拟的基本原理 44

3.1.2 滤波函数 44

3.1.3 大涡模拟的控制方程组 46

3.2 大涡模拟的亚格子模式及发展 48

3.2.1 亚格子模式及其分类 48

3.2.2 涡黏性亚格子模式 50

3.2.3 动态混合长度亚格子模式 62

3.2.4 动态混合长度亚格子模式的算例及验证 67

3.2.5 通用亚格子模式 85

3.2.6 通用亚格子模式的算例及验证 86

3.3 结语 94

参考文献 95

4 大涡模拟控制方程的数值解法及应用 102

4.1 控制方程离散化及离散方程组求解 102

4.1.1 控制方程离散化 102

4.1.2 离散代数方程组求解 106

4.1.3 开源软件OpenFOAM简介 107

4.2 理想街谷内空气流动与污染物扩散的模拟 109

4.2.1 数值方法 109

4.2.2 理想街谷内流场与污染物浓度分布 111

4.2.3 计算区域的影响 115

4.2.4 网格分辨率的影响 118

4.3 结语 122

参考文献 122

5 建筑（群）风环境的大涡模拟 126

5.1 单体建筑风场的大涡模拟 126

5.1.1 几何模型及边界条件 126

5.1.2 风洞实验概述 127

5.1.3 数值模拟结果及分析 129

5.2 建筑群风场及污染物扩散的大涡模拟 135

5.2.1 风洞实验与计算条件 135

5.2.2 交错式布置建筑群的数值模拟 137

5.2.3 阵列式布置建筑群的数值模拟 143

5.3 结语 147

参考文献 147

6 稳定来流条件下街谷内的大气流动及影响参数的模拟 149

6.1 街谷形状因子及特征尺度对空气流动与污染物扩散的影响 150

6.1.1 真实街谷尺度和实验模化尺度的理想街谷模拟 150

6.1.2 真实街谷尺度深街谷内污染物的分布与扩散 153

6.2 非均匀街谷内空气流动与污染物的扩散 159

6.2.1 非均匀街谷的物理模型及数值模拟 159

6.2.2 非均匀街谷参数对街谷内流动的影响 162

6.2.3 非均匀街谷参数对街谷内污染物分布及扩散的影响 168

6.3 灌木绿化对街谷内流动及污染物扩散的影响 171

6.3.1 植被层模式及数值模拟 172

6.3.2 绿化街谷内大气流动及污染扩散的数值计算 176

6.3.3 绿化植被层对街谷内流动的影响 177

6.3.4 绿化植被层对街谷内污染物分布的影响 178

6.3.5 街谷顶部污染物的扩散特性 180

6.3.6 街谷大气强不稳定条件下的温度分布 181

6.4 结语 182

参考文献 183

7 街谷内物理参数的日变化特征及对大气流动影响的模拟 187

7.1 行驶车辆对街谷内空气流动的影响 187

7.1.1 机动车运动的曳力模型 188

7.1.2 机动车运动诱导流动的模拟方法 189

7.1.3 机动车运动诱导的流场模拟 190

7.2 真实风环境对街谷内空气流动与污染物扩散的影响 199

7.2.1 真实风环境下动态边界条件的设置 200

7.2.2 真实来流条件下街谷内流动的数值模拟方法 202

7.2.3 真实来流条件下街谷内的大气流动 203

7.2.4 真实来流条件下街谷内污染物的分布与扩散 211

7.3 街谷内建筑物表面受热方式对空气流动的影响 214

7.4 结语 215

参考文献 216

8 城市街谷内污染物浓度日变化积分效应的综合模拟模式 221

8.1 城市街谷内污染物浓度日变化的积分综合模式 221

8.1.1 Addison综合模式 221

8.1.2 积分综合模式 222

8.2 积分综合模式的数值实现 224

8.2.1 积分综合模式对街谷非均匀的描述 224

8.2.2 机动车尾气排放模型 225

8.2.3 背景污染物浓度日变化模式 228

8.3 模式应用 230

8.3.1 数值实现 230

8.3.2 模拟结果与讨论 230

8.4 结语 231

参考文献 231

9 基于多孔介质双流体方法的小区尺度风场大涡模拟 234

9.1 多孔介质建筑风场的双流体数学模型 235

9.1.1 多孔介质建筑的概念及双流体模型 235

9.1.2 多孔介质建筑（群）风场的控制方程组 237

9.1.3 多孔介质建筑（群）风场数值计算的流程 238

9.2 单体建筑风场的大涡模拟 240

9.2.1 计算步骤及实施 240

9.2.2 数值模拟结果及分析 241

9.3 建筑群风场及污染物扩散的大涡模拟 245

9.3.1 计算步骤及实施 245

9.3.2 交错式布置建筑群风场及污染物扩散的数值模拟 245

9.3.3 阵列式布置建筑群风场及污染物扩散的数值模拟 247

9.4 小区尺度风场的多孔介质双流体方法模拟 248

9.4.1 计算区域及简化 249

9.4.2 网格及边界条件 250

9.4.3 数值模拟结果及分析 251

9.5 结语 259

参考文献 260

索引 262