计算流体力学在城市规划设计中的计算方法与实例分析

《计算流体力学在城市规划设计中的计算方法与实例分析》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在应用文档-天天文库。

1、计算流体力学在城市规划设计中的计算方法与实例分析　　引言　　　　计算流体力学简称CFD，计算流体力学应用于城市规划设计中可以有效预测城市规划方案对城市楼宇、街区的小气候的影响，所以计算流体力学被越来越多的应用于城市规划设计，相对于一般的实验研究而言，计算流体力学具有应用成本低、计算速度快、周期短、效率高,可以任意模拟真实及理想的条件,计算流体力学后处理技术较完善,便于分析流体力学计算结果等优点。比如，在建设好的街道内存在风口，形成很大的局部风速，甚至可能直接对街区内的行人或者附近的建筑物造成影响。　　1计算流体力学在城市规划设计中

2、应用的局限性　　计算流体力学在城市规划设计中的应用存在一定的局限性，主要表现在计算流体力学必须要有准确的数学模型，并且在模拟数据中用离散化的方法处理数学方程时需要对流体力学计算中所碰到的收敛性、稳定性等问题进行分析，然而做的这些分析一般只对线性方程有效，对不是线性的方程则没有效果。而且计算流体力学受计算机内存、运行速度等计算机固有条件的限制，只有计算机的运行速度等硬件设施达到一定程度计算流体力学才会出现新的发展阶段。　　2计算流体力学的概念和在城市规划设计中的计算方法　　计算流体力学的步骤为先确定了那些能够描述的连续变化的对象的流

3、动参量的微分方程组后，然后采用计算数值的方法，通过离散化的方法用离散时间和空间的值来表示连续变化的参量，用代数方程组的形式替代微分方程组转，空间的离散位置可用计算X格上的节点来描述，最后流体运动特性是通过计算机求解这些离散的数学方程组来研究的，同时可以给出流体运动空间非定常或定常流动规律，这样的学科就是计算流体力学。计算流体动力学的工作程序建立体现物理现象或工程问题本质的数学模型就是模拟数值的出发点，就是要塑造体现问题每个量之间关系的微分方程唯一解前提及方程，寻找高精确度、高工作效率的计算措施，也就是塑造针对控制方程的数值离散化措

4、施，比如有限元法和差分法、有限体积法等，编写程序和计算分析。计算流体力学涵盖了计算X格的划分、初始条件的导入和边界条件、假设控制参数等。在城市建筑物之间的空气流动为不稳定状态，并且建筑物的朝向、形态存在很多种变化、地形凹凸不一。所以，以准备流体力学计算对象的物理特性为基础，本文将进行CFD模拟的基本控制方程选取为k-ε双方程紊流数学模型，为适应规划设计中由于各建筑物地形、高度、形状等因素所产生的复杂X格体系我们采用贴体坐标系统。控制方程的通用形式为【1】　　　　方程中当q=1，表示方程的连续性；当q=u1，u2，u

5、3，表示ξ1，ξ2，ξ（3曲线坐标）方向的动量方程；当q=k，表示紊动动能方程；当q=ε，表示紊动能耗散率方程，i，j=1，2，3，表示三维空间坐标的3个方向。式中Ui，J和Gij分别表示Jacobian速度变换矩阵、变换矩阵以及扩散量度矩阵。其定义分别为【2】　　　　方程（1）的源项Sq为【3】　　　　分别代表连续性方程、动量方程、紊动动能方程及紊动能耗散率方程。其中Pr为紊动动能的产生率：【4】　　　　表1是k-ε模型常数，表2是Prandtl数在各方程中的取值。【5】　　　　

6、方程（1）和（2）组成了整个求解区域小气候场的方程组。　　3对城市规划设计中应用计算流体力学典型案例的分析　　为了探讨计算流体力学在城市规划设计中的应用，本文以某一个文化广场的规划设计为例详细阐述了计算流体力学在城市规划中的应用，希望能为大家更好的理解计算流体力学在城市规划设计中的应用。　　3.1计算流体力学的区域和X格案例中进行规划的区域东边是一个已经规划好了的体育场，西边为一个山坡，南边和北边都已经盖好了建筑。根据规划区域的地形图和已有建筑的分布图可以生成一个计算流体力学的计算X格（如图1），这个规划设计中我们采用的是结构化的

7、计算X格，该计算X格总共设置了686731个计算流体力学的点，流体力学的分析计算范畴为1km1km50m。流体力学计算X格运用POINTes;0.714m/s的风速入口，风向为东北方向时，南、西面为自由的出口边界。　　4结束语　　综上所述，计算流体力学为城市规划设计做出了很大贡献，CFD很大程度上使城市规划设计更加合理，所以流体力学计算在城市规划设计中的运用会更加普遍，我们需要经常地了解总结流体力学计算在城市规划设计中的运用的经验，不断地对流体力学计算技术加以完善，使其更好地为城市规划设计做出贡献。