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城市規劃CFD模擬設計的數字化研究(3)
時間:2014-01-31 20:54:49 作者:余 莊,張 輝 來源:網絡媒體 閱讀:6082內容摘要:【摘要】介紹了如何建立CFD模擬中城市數字模型。CFD模擬應用在城市規劃與城市氣候關系的研究中,準確、合理的CFD城市數字模型是進行研究的關鍵。將復雜的城市轉化為可在CFD中進行仿真模擬的數字模型,需將城市中的建筑材料性質、水體的數字模型以及城市特征轉化為CFD模型的數字參數,以...在此次研究中,通過數字城市模型在CFD中的模擬計算,使我們可以對與城市密切相關的風速、溫摹⒎射溫度、大氣壓等一系列氣候因素的進行更深一步的評定分析。一方面,對于城市的通風、熱輻射、舒適度等問題可以進行細致的分析和評定,能夠提出更好、更合理的解決辦法。另一方面,應對城市不同的地域和氣候特點制定相應的設計標準和城市設計導引,總結城市建設戰略發展南虻慕崧郟對城市市域和市區的空間、綠地布局等提出建議,給城市的規劃管理部門提供參考意見。以利于加強對城市建設的指導,創造出更加和諧、舒適城市人居環境。該項研究是武漢市總體規劃修編中的專題研究項目,在此感謝武漢市總體規劃修編中心的大力支持。
圖4 風速圖Fig4 speed
圖5 空 氣 齡 圖Fig.5 Mean age of airs picture表:區域分級依據 Tab: area classification gist等級建筑密度容積率人口毛密度(人/ha)綠化程度一 級10%以下0.5以下200以下很好二 級10%—20%0.5—1.0200-400好三 級20%—30%1.0—1.5400-600一般四 級30%—40%1.5—2.0600-800較差五 級40%以上2.0以上800以上差參考文獻(References)1. 汪光燾,王小云,苗世光,余勇,現代城市規劃理論和方法的一次實踐-佛山城鎮規劃的大氣環境影響模擬分析,城市規劃匯刊[J],2005/6, 18-222. Kazuya Takahashi, Harunori Yoshida, Yuzo Tanaka,et al. Measurement of thermal environment in Kyoto city and its prediction by CFD simulation . Energy and Buildings. 2004/083. 白虎志、任國玉、方鋒,蘭州城市熱島效應特征及其影響因子研究[J],氣象科技,2005/124. 胡文斌、孟慶林、華賁,遠程CFD仿真及在建筑設計中的應用[J],計算機仿真,2005/025. 王寶民、劉輝志、桑建國等,北京商務中心風環境風洞實驗研究[J],氣候與環境研究,2004/046. 李才媛,彭春華,趙勤炳等. 武漢市2003年盛夏異常高溫特征分析[J]. 華中師范大學學報(自然科學版),2004[9]:379~3827. Airpak Tutorial guide, Flunet,20038. Airpak users guide, Flunet,20039. Airpak Release Note, Flunet,2003作者簡介:余莊(1951.10—),男,華中科技大學建筑與城市規劃學院教授、博士生導師非中國城市規劃學會會員聯系方式:武漢華中科技大學建筑與城市規劃學院 郵編:430074電 話:027—87556040 傳 真:027—87543156E-mail:[email protected]張輝(1980.8—),男,華中科技大學建筑與城市規劃學院碩士研究生非中國城市規劃學會會員聯系方式:武漢華中科技大學建筑與城市規劃學院 郵編:430074電 話:027—87556040 傳 p:027—87543156E-mail:[email protected]
國家自然科學基金資助項目“夏熱冬冷地區基于節能及氣候適應性的城市設計策略研究”(編號:50578067)。*武漢市總體規劃修編的專題研究項目
4計算結果分析
圖3 溫 度 圖Fig.3 temperature picture通過在CFD中的模擬計算,得出城市在受到一定氣候影響中的溫度、風速、大氣壓和太陽輻射情況,通過綜合分析這些模擬計算結果,最終得出有科學依據的城市規劃布局與城市氣候之間的關系。以武漢市夏季白天為例,模擬城市在西南主導風向作用下的溫度情況。通過模擬計算出的溫度圖(圖3),可以明顯看出,在夏季白天主導風向情況下,武漢市熱區域分布構成以市區為主,面積大、分布集中的多中心城市熱區域的主要特征。市區被長江、漢江分割形成三鎮(漢口、漢陽、武昌)四片(漢口、漢陽、武昌、青山)的多中心結構。針對漢口主城區而言,大面積城區溫度高,武昌和漢陽城區部分地區溫度高,其它地區溫度相對較低,明顯形成了城市的“熱島效應”。從速度圖和空氣齡圖(圖
4、圖5)分析來看,風在城市周邊地區速度較高,氣流通過很快,由此說明夏季白天氣流在城區周邊的滯留時間較短;而通過主城區時,速度有明顯下降,空氣齡指數相對較大,說明滯留時間長。在部分城區由于其街道布局與風向一致,空氣齡指數相對較小,通風順暢,利于空氣質量的改善。通過與相關數據6和武漢市城市熱環境遙感圖對比來看,這些模擬結果與實際情況基本吻合。通過檢測和分析,漢口城區和武昌、漢口部分城區人口密度大,建筑密度高,城市下墊面性質改變大,受太陽熱輻射的影響,空氣流動性差使熱量不易轉移從而產生熱島效應等,明顯是造成這種現象的主要原因。而在長江、漢江和城市湖泊周邊地區,由于水體溫度相對較低,對其周圍的溫度有相當的影響,對周邊溫度有一的調節作用。
5 結 論
將CFD應用于城市數字模型中,通過流體力學計算來探討城市規劃布局與城市氣候的關系題是一種全新的思路。由于CFD的分析能夠展示別的手段所不能揭示的系統的性質和現象,且一旦給定問題的參量,CFD能夠快速的給出想要的結果,且模擬是一種經濟的分手段,能節省大量的人力物力。盡管CFD分析有許多約束條件的限制,我們求的是城市數字模型在計算機模擬風洞中的穩態后的情況,滿足CFD的約束條件限制,當然,由于采用的新方法研究,還有許多問題需要研究解決。3下一頁
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