基于零方程湍流模型非等温城市区域热环境模拟的研究

《基于零方程湍流模型非等温城市区域热环境模拟的研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、SouthwestJiaotongUniversityDoctorDegreeDissertationTHESTUDYOFNON．ISOTHERMALURBANAREATHERMALENVIRONMENTSIMULATIONSWITHANZERO-EQUATIONTURBULENCEMODELGrade：2008Candidate：JiyingLiuAcademicDegreeAppliedfor：DOCTORDEGREESpeciality：HVACSupervisor：Prof．NanyangYuProf．JelenaSrebric西南交通大学学

2、位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权西南交通大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复印手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于1．保密口，在年解密后适用本授权书；2．不保密∥使用本授权书。(请在以上方框内打“、／’，)⋯文作一：1乞蓖日期：少o13。8。硝指导老师签名：仝向PIj日期：沙·；．’．，西南交通大学博士学位论文创新性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是在导师指导下独

3、立进行研究工作所得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中作了明确的说明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。本学位论文的主要创新点如下：(1)分别提出了基于风洞实验数据和两方程湍流模型数据优化的零方程湍流模型，通过对比分析验证了所提出的湍流模型具有更好的准确性和快速性，可以用于计算更广泛的城市区域环境的模拟研究。(2)研究城市街区峡谷、并行式和交错式建筑群等不同区域分布的建筑外表面的对流换热系数，应用风洞实验和现场测试的方法验证对流换热系数的准确

4、性；预测某一学生公寓建筑的能耗，与实际监测数据对比，来研究考虑建筑周围环境对流换热系数的实用性。(3)针对室外热环境的CFD研究方法，构建了CFD模拟设定常用的简化分类，简化了模拟计算的繁琐表述方法；基于以上优化的零方程湍流模型和建筑外表面对流换热系数，快速有效地研究不同热环境对城市污染物对流传输的影响；在实际工程中首次应用零方程湍流模型来快速地预测某城镇区域热环境，指导工程实际应用。学位论文作者签名：日期：即B、8．增刁弓葛J西南交通大学博士研究生学位论文第1页摘要过去二十多年来，国内外大多数研究采用RANS两方程湍流模型和LES模型来研究城市区域

5、环境，由于城市区域环境的复杂性和较大的空间尺度，两种计算方法需要特别大的计算机资源，因此如何能够快速而又有效地预测非等温城市区域环境成为本研究的主要目标。本文首先分析目前城市风热环境的研究方法、城市环境CFD模拟技术、建筑外表面对流换热系数以及城区区域污染物对流传输的影响等研究进展，提出了本文的主要研究内容：(a)提供优化的零方程湍流模型(Zero．EQ)，(b)研究不同街谷和建筑群分布的建筑外表面对流换热系数分布，(C)证明优化的零方程湍流模型以及壁面温度和对流换热系数组合的边界条件能够快速有效地预测城市热环境，(d)研究城市区域环境污染物对流传输

6、的影响。详细的研究内容如下：本研究通过研读大量的参考文献和归纳总结长期的CFD计算经验，提出了城市区域环境CFD模拟设置常用的设定方法，包括湍流模型的选择，数值误差的确定，计算区域的设置，计算网格的划定，以及计算边界条件的设定等，建立了简化的CFD模拟设定分类，提供给研究者一些理论和经验的总结。本研究选用风洞实验对零方程湍流模型进行优化，分析实验数据，推导出优化的湍流涡粘度表达式，应用新的优化的湍流模型与风洞实验数据进行验证和分析。结果表明，在同等计算机配置下，Zero—EQ能够比MMK湍流模型快60％以上，是LES计算所需时间的1／10，同时Zer

7、o．EQ能较准确地预测多栋建筑周围流场的分布。考虑到重复不同工况风洞实验的局限性，本研究首先选择RANS两方程湍流模型来预测不同建筑群分布的流场分布，得到不同建筑群基于应变率和局部速度大小的涡粘度表达式(Zero．EQ2和Zero．EQ3)。利用上述风洞实验的研究结果(Zero．EQl)，选用不同的建筑群分布，对比三种模型的模拟结果与MMK湍流模型预测数据的优劣，得到Zero．EQ2和Zero．EQ3比Zero．EQl更能够快速有效地预测建筑群周围流场分布的结论。本研究利用CFD模拟计算的方法对不同城市街谷高宽比(H／W)和不同平面面积密度(kp)建

8、筑群分布(并行式和交错式)的室外表面对流换热系数进行研究，推导出不同建筑分布状况下的对流换热系数表达式，h。