定风场中庭院建筑资用风压模拟研究

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1、定风场中庭院建筑资用风压模拟研究*基金项目：国家外国专家局重点项目（DZ20062100070）；建设部科技攻关项目（05-k3-26）.作者简介：李威，男，硕士研究生，主要从事建筑节能和建筑环境保障技术研究.沈阳建筑大学李威，冯国会，梁传志，江向阳，宁经洧摘要：以计算流体力学理论为基础，采用数值的方法定性的分析其迎风面与背风面的总压力之差，并与宽度和高度相同的底层非全架空庭院建筑周围风环境进行了比较分析．得到了底层全架空的庭院建筑和底层非全架空的庭院建筑周围速度场、压力场、迹线图的分布情况，并对结果进行了对比、分析．同一位置高度上，底层全架空庭院北楼资用风

2、压的均值随着风速增加先增大后减小;底层非全架空庭院北楼资用风压的均值随着风速增加而增大.三种风速下，底层全架空庭院北楼资用风压的均值大体上随着位置高度增加而增大;底层非全架空庭院北楼资用风压的均值随着位置高度的增加而减小;底层全架空北楼的资用风压基本上大于底层非全架空结构北楼，并且同层资用风压的波动较小.该结论可作为底层架空庭院建筑周围风环境研究的前期指导和风洞验证.关键词：底层架空庭院建筑；风场；资用风压；数值模拟多层或高层民用建筑如办公楼、教学楼、住宅楼等，这些建筑物中大多数没有机械通风式的中央空调系统或在每个房间装有各种窗式、分体式的空调器等[1].在

3、这些建筑物中，充分利用自然通风是十分重要的，但如何合理、有效地利用自然通风是一个极其复杂的课题，影响自然通风效果的因素很多[2].建筑底层架空空间作为城市公共开放空间已受到人们的普遍欢迎和关注[3]，其研究具有现实意义.以计算流体力学理论为基础，采用数值的方法定性的分析底层全架空庭院建筑(如图1(a)所示)迎风面与背风面的总压力之差，并与宽度和高度相同的底层非全架空庭院建筑(如图1(b)所示)周围风环境进行了比较分析，分析底层架空结构对通风的影响，得到了底层全架空庭院建筑和底层非全架空庭院建筑周围速度场、压力场、迹线图的分布情况，为研究底层架空庭院建筑周围风

4、环境的前期指导和风洞验证提供理论基础.1数值模拟方法1.1物理模型以沈阳建筑大学的架空庭院建筑的数值模拟对象.建筑楼体共5层，底层为架空层.整楼高为21.3m，架空底层高为4.3m.(a)底层全架空(b)底层非全架空图1底层全架空及非全架空模型图2庭院平面图把庭院模型的四栋围楼根据方位分别称为东楼、南楼、西楼和北楼,如图2所示.两楼之间由一个大厅连接.大厅的尺寸为18.6m×18.6m×21.3m.即整个庭院模型由东楼、南楼、西楼、北楼及连接两楼的4个大厅组成.底层全架空庭院模型中，东楼、南楼、西楼和北楼都是底层架空的建筑；而底层非全架空庭院模型中，东楼、南

5、楼、西楼和北楼不都是底层架空的，只有南楼和北楼是底层架空的，东楼和西楼是底层非架空的.这两个庭院模型的外观尺寸基本一致（97.2m×97.2m×21.3m）.对比底层全架空庭院和底层非全架空庭院北楼的周围风场.1.2计算区域确定根据文献[4-8]，确定计算区域：上游区域、下游区域分别为建筑物宽度的3倍和10倍，宽度为建筑物宽度的6倍，高度为建筑物高度的4倍.以L、B和H表示计算区域与建筑（）相平行边的长度，则计算区域可表示为L=，B=和H=4h.1.3控制方程室外大气底层一般属于低速湍流流动范围，并且风速呈典型的梯度分布.常温空气为黏性、不可压缩流体，符合B

6、oussinesq假设.故选取如下控制方程和湍流模型.湍流流动控制方程采用张量形式的雷诺平均Navier-Stokes方程，描述如下：质量守恒（1）式中：，为无量纲速度和无量纲长度.动量方程（2）式中：P为无量纲压力；Re为雷诺数；为无量纲空气黏度；为无量纲湍流动能[9].湍流动能输运方程（3）式中：为湍流模型参数[10]，取1.0；为湍流动能耗散率.湍流动能耗散率输运方程（4）式中：为湍流模型参数，取1.3；系数分别取1.44，1.0，1.92，1.0.平均剪切应力产生项，由下式计算（5）式中：系数分别取0.09，1.0.上述无量纲量的定义为[11]（6）

7、分别代表有量纲的坐标张量、速度张量、压力、湍流动能及湍流动能耗散率，为动力黏度.1.4计算方法采用有限体积法对上述偏微分方程组进行离散.其中，对扩散项采用中心差分方法，而对流项采用QUICK差分方法.采用SIMPLE算法和交错网格技术来实现压力和速度的解耦，以避免不合理压力、速度场的出现[12].2边界条件确定2.1来流面边界条件平均风速沿高度变化规律按风工程中常用的指数率形式给出：（7）为参考高度处的水平方向分速度，；为粗糙指数，取为0.30[13].分析近年沈阳地区气象资料，得到具有代表性的3个对应于参考高度处的值（见表1）表1风速样本点的选择序号风速(

8、m·s-1)备注13.22过渡季节平均风速21.95