绿化布局对建筑周围风环境影响的数值研究

《绿化布局对建筑周围风环境影响的数值研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在应用文档-天天文库。

1、绿化布局对建筑周围风环境影响的数值研究李四贵顾炜莉吴丹珍南华大学土木工程学院本文利用cro数值模拟技术探讨绿化的存在对建筑物周围流场的影响，先对单棵树木的模型进行风环境数值模拟研宂，分析不同孔隙率下1.5m(人行高度)水平面速度云图、树后不同位置的风速分布，得到单棵树木周围的流场特征。接着，在相同的绿化量下，在建筑周围釆用了三种不同的绿化布局形式，模拟计算其速度分布，比较分析三种绿化布局形式对建筑物周围风环境的影响。本文结论可为绿化设计提供参考依据。关键词：绿化布局;CFD数值模拟;建筑周围风环境;绿化的本身的特征（如绿化的长度，高度及孔隙率）以及绿化与建筑物

2、的和对位罝，均会影响建筑周围的风场分布。为了合理利用绿化对风场的改善作用，木文利用CFD模拟软件釆用雷诺平均方程和标准k-e湍流模型模拟研究了树木对周围风环境的影响以及不同绿化布局形式对建筑周围风环境的影响，为建筑周围绿化布局提供设计依据和借鉴。viz/1.1模型介绍为了简化计算，本文中将树木简化为树干高2m，树冠为4mX4mX4in的长方体。由于树干本身体积较小，且对于流场的影响不大，因此在本文的模拟屮树干部分并没有体现。采用六面体网格划分物理模型，树冠区域及周围，建筑周围进行局部加密处理，适应流动变化的需要。为了模拟的简便性，将树冠作为多孔介质处理。根据对

3、近几年对植物树冠模拟方法的有关文献的阅读，在CFD计算中，多孔介质流模型可以通过计算流体通过后的动量损失来模拟11^1。多孔介质区域的阻力大小及空隙密度随植物栽植密度，植物叶片特点的不同而发生变化。在数值模拟时可以用孔隙率参数来表示植物的透风能力，植物孔隙率的最重耍设定参数为惯性阻力系数（C2）及黏滞系数（1/a），其关系式则为U1:式中：丫是孔隙率；a是渗透率;（：2是惯性阻力系数;DP为颗粒孔径大小，模拟中定为叶片当量直径，则取为0.1m。1.2模拟设置入口边界:流场入口采用velocityinlet边界条件。依据大气边界层理论，风速随高度呈现梯度变化，风

4、速剖面符合简单的幂函数分布规律包1。使用UDF编写指数律风廓线函数描述速度入U。指数律风速廓线分布表达式为：式中:v是高度为z处的平均风速;z。表示参考高度;V。为参考高度处的平均风速;a表示地面粗糙指数，a值越大地表对气流的滞留作用越明显。本文设模型处于有密集建筑群的城市市区，取a=0.22。本文取参考高度平均风速为3m/s。出口边界:流场出口定义位outflow边界条件。侧面及顶面边界条件:侧面与顶面的边界条件设为对称边界。建筑表而及地而边界条件:采用无滑移壁而。2单棵树木流场分析建立单棵树木模型，将其放置在100mX50mX30m的大流域中，使流动充分发

5、展［6］，如图1所示。入口风速为x方向，初始风速设为3m/s。y轴为树木高度方向，树干底部坐标为（2，0，2）。设置不同的树冠孔隙率以反应不同树木对流动的影响，本节将树冠孔隙率（◦）设为0.1，0.4,0.9三种情况分别模拟。图1单棵树木模型2.1单棵树木周围流场云图分析阁2为1.5m（人行高度），不同孔隙率时的流场云阁。从阁中可以看出：树木及树后存在风速滞留区，风速降低很明显，滞留区面积随孔隙率变小而增大，因孔隙率越小，树冠内枝叶越浓密，对风的阻碍作用越强。另一方面，由于绕流作用，树木左右两侧的风速变大，孔隙率变小，两侧风速随之有较小幅度的变大。因此树木对两

6、侧位置具有导流作用，孔隙率越小导流作用越明显。2.2树后风速分布特征分析为了具体分析树木周围速度流场的分布特征，从模拟结果中提取了x=2，5,8,14,20m处的垂直的风廓线，分别对应树后0H，1/2H,H,3/2H,5/2H（H为树木高度，如图1所示），将这5条线与无树木时的指数风进行对比。图3~5分别为o=0.1，o=0.4，o=0.9时，5条线上的风速分布。从阁3可以看出：树木的存在会一定范围内使线上的风速变低，在较低位罝风速比无树时大，证明树木对于较低高度处有导流的作用。当x=5m时风速最小，说明速度袞减的最低点出现在树后1/2H处，Hx=2m与x=5

7、m风速很接近，是因为紧跟树冠后的位置形成滞留区，风速处于较低水平且变化较小。x=8m时，风速开始上升，在x=llm,x=14m,x=20m时风速逐渐增大，是因为距离树木越远，绕流逐渐参与进来，使尾流的湍流能量增强，树冠的阻挡作用逐渐被减弱。观察不同线上风速在高度方向的变化，在高度4m处（树冠正中），是每条线上风速的最低点，流场影响较大。高度在10m以上，所有线上的风速都一致接近无树的情况，可以得出，树木对风速的影响一般只能到1.511处。图3飞都能得到相同的结论，说明不同树种对周围风环境的影响规律是一致的，区别在于，影响程度不同。如当孔隙率为0.1时，x=2m

8、上树冠区域风速儿乎为0m/s，说明此时