基于实际峡谷地形风场数值模拟的建筑微观选址

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1、浙江理工大学学报!自然科学版"#第!!卷#第!期#"#$%年%月&'()*+,'-./012+*34526705/8*290):2;',?!!#='?!#@+<"#$%文章编号!!"#$6$%&!"'(!&#($6(J'$6("基于实际峡谷地形风场数值模拟的建筑微观选址唐!昂+%傅!军I%施红辉+%董若凌+!浙江理工大学#+?机械与自动控制学院$I?建筑工程学院#杭州!$##$E"!!摘!要!利用高分辨率地形高程数据建立山区地形模型#运用计算流体力学![OW

2、"技术#对峡谷近地层风场进行数值模拟#评估该地貌下风场特性的分布规律#提出建筑微观选址建议%以A%g方向为间隔对风场区域进行数值模拟#对比模拟结果发现&来流风向与峡谷夹角越小#峡谷内风速增强效果越明显$气流受到地形走势不同山体的遮挡效应干扰#流速出现不同程度加强$气流进入开阔地带后#风速降低#湍流强度变化趋向稳定%在风速较小'湍流变化稳定的地区可作为建筑微观选址的最佳区域%关键词!峡谷地形$数值模拟$风剖面$湍流强度$建筑选址中图分类号!78DEA?$!!!文献标志码!M特性进行数值计算$研究峡

3、谷内风剖面和湍流强度(!引!言的分布规律$对山地建筑的选址工作提供建议%随着我国经济的快速发展$对沿海丘陵地区开!!高精度地形模型数字化发建设的需求日益迫切%这些区域地形地貌结构特殊$由于各种地形的阻碍干扰作用$近地层流动风场美国太空总署"=M4M#和国防部国家测绘局会出现气流上升(下沉和局地绕流等复杂多变的运"=_@M#联合绘制的4V7@":/(;;,0)+S+);']'3)+]/<动形式$在季风(台风(副热带高压等天气系统的影G2::2'*#数据库覆盖了地球陆地表面E#L以上的地响下$更易发

4、生因较强风荷载对建筑物结构产生功形数据$对复杂山体丘陵等地形具有较高精度的雷能损坏的情况%因此在整个山地城市规划设计过程达影像数据%为快速建立大范围地形的计算模型$中$建筑场地的预选址工作起着重要的作用%在该数据库中下载宁波市沿海山区的数字地形高程&$'&A'对山地地形的风场研究$U)2--2;/:等利用数据$生成;2-格式的文件%将高程数据与当地已[OW技术模拟不同坡度山形下过山气流的湍流情知区域的海拔高度和经纬度进行对比验证$以保证&"'况$得到了风场变化的一般规律%李正良等拟地形数据的正确

5、性%将地形文件导入地图绘制软件合分析了针对不同地貌特征下山地风加速效应的U,'I+,@+]]0)中$利用空间产品制作功能对地形修正算法%但这些研究并未针对实际峡谷地形的表面进行离散化处理$生成分辨率为%G的等高线变化来考虑建筑选址$对实际工程应用的指导意图$如图$所示%在三维建模软件V/2*'50)':中进义有限%行数据的转换和处理$导出具有光滑曲面的三维实本文以奉化市裘村镇黄贤村山体地形为研究对体模型$该模型文件可在_[F@软件中进行网格划象$获取复杂地形条件下高分辨率的地形表面数据$分$如图

6、"所示%为方便描述不同山体模型之间的&!'采用[OW数值模拟方法$对整个峡谷地形的风场相互作用$将四个独立山体依次命名为$("(!(A号收稿日期!"#$AB$"B#"基金项目!国家自然科学基金项目"%$$CEA!"#)住房和城乡建设部科技项目""#$!6TN6$!#)国家级大学生创新创业训练计划项目""#$A$#!!E#$!#作者简介!唐!昂"$DD#B#$男$河南南阳人$硕士研究生$主要从事流体数值模拟方面的研究%通信作者!傅!军$F6G+2,!-(1(*!a:;(?0S(?5*A"A!!!!

7、!!!!!!!!!!浙!江!理!工!大!学!学!报"#$%年!第!!卷山体$并对峡谷地形的典型区域进行编号$分别为函数要求设定$增长因子设定为$?#C$最大网格尺M(X([(W(F$如图"所示%寸为!#G%网格总数量约为E%#万$计算区域网格如图!所示%图$!黄贤村局部山体的等高线"放大图#图!!核心山体处的局部网格"?"!计算工况和观测点设置为全面反映不同方向来流风的影响$本次数值模拟在#"!N#g风向范围内由南向北"定义为#g风向角#开始(按逆时针方向每隔A%g设置一个风偏角图"!黄贤村山体

8、的三维实体曲面工况$总共进行了E个不同风偏角工况的数值模拟%'!几何模型根据当地气象局的统计资料$该地区受季风气候影响$常年主导风向为==Z和44Z"即西北偏北方整个裘村镇山体模型的核心地区长"7方向#向和西南偏南方向#%这两个风向分别和$E#g及A#E$G$宽":方向#A"N!G$高"I方向#!"#G%!"%g风向角吻合较好$在数值计算过程中可重点考为使大气运动得到充分发展$需要设置合适尺度虑这两个风向角下峡谷地形风场的分布特性%在峡的计算区域$使流域阻塞率小于!L$避免因计算谷内按照地形走势