灌木热湿特性及数值计算研究

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1、硕士学位论文灌木热湿特性及数值计算研究ResearchonShrubsofTemperatureandMoistureandNumericalComputation作者：孙灵喜导师：陈宁教授中国矿业大学二〇一五年四月中图分类号TK01学校代码10290UDC密级公开中国矿业大学硕士学位论文灌木热湿特性及数值计算研究ResearchonShrubsofTemperatureandMoistureandNumericalComputation作者孙灵喜导师陈宁申请学位工学硕士培养单位电力工程学院学科专业制冷及低温工程研究方向传热传质分析答辩委员会主席评阅人二〇

2、一五年四月论文审阅认定书研究生在规定的学习年限内，按照研究生培养方案的要求，完成了研究生课程的学习，成绩合格；在我的指导下完成本学位论文,经审阅，论文中的观点、数据、表述和结构为我所认同，论文撰写格式符合学校的相关规定，同意将本论文作为学位申请论文送专家评审。导师签字：年月日致谢本论文是在导师陈宁教授的悉心指导下完成的。从论文选题、研究内容和方法的确定到论文的撰写、修改和定稿，导师都给予了无微不至的指导和教诲。在三年里，导师无论在学习上还是在生活上都给予了极大的关怀和帮助。导师严谨治学的科学态度，一丝不苟的科研精神以及诲人不倦的高尚情操给学生留下了深刻的印

3、象，受益终生。在此谨向导师表示最崇高的敬意和最衷心的感谢！在论文的写作过程中，得到实验室老师们大力的支持和帮助，在此由衷地表示感谢。三年里，在学习上和生活上，感谢实验室的兄弟姐妹们给予的帮助和关心。参考文献的作者提供了丰富的学术信息和许多富有启发性的建议，使我受益颇多，在此向他们表示感谢！深深感谢家人多年来对我的支持和鼓励。他们的朴实、善良和勤劳一直影响着我，给了我很大动力和信心。在求学过程中，我一点一滴的成绩都离不开他们默默的关爱！最后，感谢各位专家和学者在百忙之中审阅我的论文，并给予宝贵的指导。在此谨向各位专家和学者表示深深的谢意！摘要本文针对城市微气

4、候模拟软件Eniv-met的不足，结合Ansys软件的优势，提出了通过使用CFX的用户自定义语言（CEL）实现Envi-met所有子模块功能的构想，对在城市微气候中有重要作用的植物中的灌木进行研究。Envi-met的不足主要表现在：1）不支持并行计算；2）只提供了三种网格模型：10010030、18018030和25025030，导致网格尺寸较小时计算域较小，若计算域大则需网格尺寸较大；3）局部加密的功能较弱，只能在垂直方向上按比例加密且网格形式比较单一，只支持正交网格；4）湍流方程只有一阶的梯度方程和1.5阶的E模型，不能根据具体情况选择

5、。Ansys软件的优势：1）支持并行及分布式并行计算；2）支持四面体等非结构化网格及各种网格加密；3）有多种湍流模型供选择。其最大不足是它没有像Envi-met那样的适宜于复杂城市中风、热、湿以及辐射环境的完全耦合计算的现成的模型。本文从灌木对环境的风、热、湿三个方面实现CFX与Envi-met模拟的一致性。并采用由易到难的研究方法，首先研究了空旷区域没有辐射时的情况，在明确了Envi-met对边界的处理方法之后，又在空旷区域中加上障碍物模拟流体的绕流情况，得出湍流模型对于模拟结果有很大影响的结论，并选择了适宜室外环境模拟的RNGk模型作为CFX的湍流

6、模型。在研究清楚了空旷区域和有障碍物时的流场后，将障碍物改为灌木，创造性的推导出多孔介质孔隙率和叶面积密度之间的关系，并且用CEL语言在湍流方程中添加源项，成功地使CFX实现了Envi-met模拟灌木对风环境的影响。研究表明，灌木可以使风速降低约56.5%～57.4%。考虑到辐射对灌木蒸发蒸腾作用的影响，先研究夜间灌木的蒸发蒸腾作用，通过研究发现Envi-met中灌木蒸发蒸腾作用对温度的影响是在能量方程中添加了源项。CFX中，使用局部非热平衡原理，为固体域和流体域设置不同的温度，并在固体域添加源项，从而实现了CFX模拟灌木蒸发蒸腾作用的功能。研究清楚了蒸发

7、蒸腾作用之后，又模拟了日间辐射作用影响下的温度分布，CFX中选择蒙特卡洛模型，采用与Envi-met相同的设置，从而成功模拟出了太阳辐射作用下灌木周边温度的分布。接着，采用实验的方法对比验证了CFX和Envi-met的模拟结果。最后研究了异形灌木流场模拟时，Envi-met和CFX两种软件模拟结果的差异并进行了网格无关性验证，最后对比分析了并行计算的优点。该论文有图53幅，表9个，参考文献91篇。关键词：灌木、风环境、热湿环境、Envi-met、Ansys、CFXIAbstractInviewofthedeficiencyofmicroclimatesim

8、ulationsoftwareEnvi-met,andcombin