香港九龙湾沿岸城区cfd风场模拟及风灾易损性分析

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1、硕士学位论文香港九龙湾沿岸城区CFD风场模拟及风灾易损性分析CFDWINDFIELDSIMULATIONONKOWLOONBAYCOASTALTOWNINHONGKONGANDWINDDISASTERVULNERABILITYANALYSIS周盛涛哈尔滨工业大学2015年6月国内图书分类号：TU312+.3学校代码：10213国际图书分类号：624密级：公开工程硕士学位论文香港九龙湾沿岸城区CFD风场模拟及风灾易损性分析硕士研究生：周盛涛导师：肖仪清教授申请学位：工程硕士学科：建筑与土木工程所在单位：深圳研究生院

2、答辩日期：2015年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TU312+.3U.D.C:624DissertationfortheMaster’sDegreeofEngineeringCFDWINDFIELDSIMULATIONONKOWLOONBAYCOASTALTOWNINHONGKONGANDWINDDISASTERVULNERABILITYANALYSISCandidate：ZhouShengtaoSupervisor：Prof.XiaoYiqingAcademicDegreeAp

3、pliedfor：Master’sDegreeofEngineeringSpeciality：ArchitecturalandCivilEngineeringAffiliation：ShenzhenGraduateSchoolDateofDefence：June,2015Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工程硕士学位论文摘要在我国沿海地区，台风灾害频繁，给城市造成巨大的损失，风灾评估已经成为防灾工作的重要一环。在进行风灾

4、评估之前，应当对城市的风场分布有一个清晰的认识。计算流体动力学（ComputationalFluidDynamics,简称CFD）为此提供了技术支持。香港地处我国南方沿海地区，常年受台风的影响。本文借助CFD技术对香港九龙湾沿岸城区风环境开展了探究，并对拉索式广告牌进行了风灾易损性分析。本文主要采取了几个措施对模拟进行控制，确保模拟的准确性。首先进行了网格独立性分析，获得了兼顾精度和效率的网格划分方案；其次提出了通过对计算域上游区域进行CFD模拟，并对上游风场出口处的模拟结果进行对数律曲线拟合，从而提取其地面粗糙

5、长度的方法确定计算域入口风剖面。通过验证，该方法有助于获得一个比较准确的模拟结果；最后通过对几种湍流模型及壁面函数的比较，认为Realizablek湍流模型和非平衡型壁面函数较适用于中尺度复杂城市风环境模拟。本文通过模拟结果与现场实测数据的对比，验证了CFD模拟的准确性。对比结果显示，CFD数值模拟结果基本能反映九龙湾沿岸城区风场分布的实际情况，具有较高的可信度。本文把拉索式广告牌作为风灾易损性的研究对象，通过调查，确定了其结构形式及在风荷载作用下的破坏模式；采用一般模拟法和多尺度嵌套模拟法对广告牌所在街道进

6、行了风环境CFD模拟，结果显示周边环境对街道风环境的影响巨大，进一步证明了中尺度城市模型风环境CFD模拟的必要性，并借此确定了广告牌的风压分布情况；最后采用蒙特卡洛模拟法，获得了外围风速与广告牌破坏概率的关系，绘制出了风灾易损性曲线。从易损性曲线中反映了广告牌在设计上存在不合理的地方，对此本文提出了相应的加固建议。城市建设极大地改变了原有的地貌特性，使得部分观测站点的周边环境不再满足观测要求。同时仅依靠有限个观测点难以全面地反映出城市内部的风场分布，而直接使用其观测的最大风速进行风灾评估会造成较大的误差。城市风环

7、境CFD模拟是对现场实测很好的补充，其计算结果相当于一个数据库，在风灾预防工作上具有较大的参考价值。关键词：CFD模拟；城市风环境；拉索式广告牌；风灾易损性分析-I-哈尔滨工业大学工程硕士学位论文AbstractAlongthecoastalareasofChina,thefrequenttyphooncausesgreatlossincities.Typhoondisasterassessmenthasbecomeanimportantpartinthefieldofdisasterpresentation.B

8、eforeassessment,weshouldhaveaclearunderstandingonwindfieldinurbanenvironment.ComputationalFluidDynamics（CFD）providestechnicalsupport.HongKong,locatedincoastalareasofsouthernChina,isperenn