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1、上海理工大学学报第26卷第1期J.UniversityofShanghaiforScienceandTechnologyVol.26No.12004文章编号:1007-6735(2004)01-0019-05不同形状建筑物周围风环境的研究王远成,吴文权(上海理工大学动力工程学院,上海200093)摘要:运用k-e双方程湍流模型数值模拟了几种不同形状的建筑物和一组建筑物群周围气流绕流的三维流场.结果表明,当来流的风速相同时,不同形状的建筑物的气流绕流流场是不同的,建筑物的几何结构是影响其周围流场分布的主要因素之一;建筑物群周围
2、的绕流过程比单个建筑物更加复杂,除了具有单个建筑物绕流过程中所产生的流动分离和回流等复杂特征外,还存在建筑物之间的互相影响.关键词:k-e湍流模型;流场;建筑物;数值模拟中图分类号:XJ11文献标识码:ANumericalmodelingofflowaboutseveralshapesofbuildingsWANGYuan-cheng,WUWen-quan(CollegeofPowerEngineering,UniversityofShanghaiforScienceandTechnology,Shanghai200093,
3、China)Abstract:k-eturbulencemodelisusedasturbulencemodelformodelingairflowaboutseveralshapesofbuildings.Thecomputedresultsagreewellwiththewindtunnelexperimentaldata,anditisdemonstratedthatk-eturbulencemodelissuitableforthesimulationofairflowaroundbuildingsandsubseq
4、uentlyofairflowaroundasetofbuildings.Itisdemonstratedthattheairflownearbuildingsisverycomplicated,andhasaninfluenceontheairenvironmentalqualitynearbuildings.Keywords:k-eturbulencemodel;flowfield;buildings;numericalsimulation随着城市建设速度的加快,城市小区周围的结果与风洞试验结果进行了比较,二者基本相符;
5、环境质量日益引起人们的关注.在上海、北京等在此基础上,又进一步模拟了一组建筑物绕流的大城市,居民楼之间的距离非常小,由于缺少空间,三维流场,模拟的结果说明,建筑物的风环境是影小区周围的空气质量直接影响到居民的生活质量.响城市小区大气质量的重要因素之一.因此,建筑物周围的风环境是风工程领域的一个[1,2]1控制方程重要的研究方向.在以往,建筑物周围流场的数值模拟大多是二维的,其结果并不能反映实际建筑物周围流场数值模拟的数学模型有许多情况.本文运用k-e双方程湍流模型,首先模拟了种,如DNS模型、LES模型、RSM模型和k-e双
6、[3,4]几个不同形状建筑物周围的绕流三维流场,模拟方程湍流模型,工程中应用较多的是用k-e双收稿日期:2003-11-04基金项目:国家自然科学基金资助项目(70371011)作者简介:王远成(1963-),男,高级工程师.20上海理工大学学报2004年第26卷方程湍流模型.本文采用了以雷诺时均N-S方程为基础的k-e湍流模型模拟建筑物绕流三维流场,其控制方程为连续方程¶Ui=0(1)¶xi动量方程¶Ui¶Ui1¶P¶æç¶Uiö÷¶t+Uj¶x=-r¶x+¶xçn¶x-uiuj÷(2)jijèjøk-e方程2.1边界条件
7、¶k¶k¶ænt¶kö¶t+Uj¶x=¶xççs¶x÷÷+jjèkjøa.上风边界条件速度u(h)与高度h的关[5]æ¶U¶Ujö¶U系如图3所示,即来流速度假设是按实际风廓线nçi+÷i-e(3)atç¶x¶x÷¶x分布,u(h)=u10(h/10)(u10为10m处的风速,a为èjiøj风廓线指数,h为距地面的高度)显然这样的假设¶e¶e¶ænt¶eö¶t+Uj¶x=¶xççs¶x÷÷+比二维数值模拟中假设来流风速是一个常数,更jjèejø加符合实际情况.其他两个方向的来流速度取为eæçæ¶Ui¶Ujö¶Uiö÷零,即v
8、(h)=w(h)=0.(u、v、w是x、y、z方向的速度)Ce1ntçç+÷÷-Ce2e(4)kç¶x¶x¶x÷èèjiøjø式中uu=2/3kd-n(¶U/¶x+¶U/¶x)ijijtijjiCe1=1.44,Ce2=1.92sk=1.0,se=1.3e——湍流耗散项n——湍流动力黏性系
