东营某小区室外风环境cfd模拟研究

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1、东营某小区室外风环境CFD模拟研究　　摘要：为了研究小区住宅建筑群的室外风环境,以东营地区自然气候条件为基础,以可压缩空气为研究对象,建立了不同布局建筑群的物理和数学模型,并应用CFD软件模拟了建筑群的室外稳态湍流流场,结合得到的速度场和压强场,分析比较了不同布局建筑群的室外风环境,得到了最大风速区域和涡旋产生区域,确定了最佳的建筑布局,对建筑小区风环境优化设计有一定指导意义.关键词：小区风环境；CFD数值模拟；建筑布局；中图分类号：TU984文献标识码：A引言在建筑室外环境的舒适度中，建筑室外风环境是

2、一个重要的影响因素[1]。建筑群布局的不合理,会阻碍了空气流通,造成室外温度升高,并使空气中大量污染物积聚在建筑群内,危害人体健康[2]。建筑群内的风场主要影响的是热环境，包括小区室外环境的热舒适性、夏季建筑通风以及由于冬季建筑的渗透风附加的采暖热负荷等[3]。小区合理的自然通风，可以降低建筑能耗、改善室内外空气品质。5CFD（计算流体力学）是20世纪60年代起伴随计算机技术而迅速崛起的学科，是流体动力学的一个分支，它将流体动力学、数值方法和计算机图像学结合为一体。CFD具有强大的计算能力和模拟能力，可

3、以作为分析流体特性的工具[4]。本文利用AirPak软件分析了东营某住宅小区风环境状况，分析了小区断面不同区域内的风速和压力分布情况，以达到为住宅规划建设提供指导和优化。小区环境介绍本小区共21座楼，楼座最高51m，最低33m，建筑面积约15.2万平方米，夏季东营地区经常刮南风或者东南风，风力在3-4级。物理模型建立为了减少计算的节点，加快计算收敛的速度，往往需要对实际建筑群进行简化。因此，在计算中往往忽略建筑物的微小凹凸处，而将形状近似为长方体的建筑物简化为具有规则形状的长方体[5]。模型按照CAD图

4、纸建筑物位置及其尺寸在AirPak软件中建立。图1AirPak三维小区模型4、边界条件设置设置正南方向为夏季送风面（速度入口），根据风力等级和风速的对应关系，取送风速度为7.0m/s，出口压力设为大气压力。首先采用较大网格计算较大尺度的区域的风场，然后计算较小尺度范围的建筑小区风场。仿真结果分析图2距地面1.5m处速度场5对于室外的热舒适和行人活动来说，距地面2m一下高度空间的风速分布是最需要关心的。高层建筑群内容易产生局高速流动，即人们俗称的“风洞效应：因此本次小区仿真取距地1.5m高处的风速场作为研

5、究断面。由图2可知，南风从送风面吹向小区时，3号楼-18号楼断面建筑物首先阻挡了气流的流向，建筑物迎风面风速较小，气流从建筑物之间的空间流过，使得这些区域风速变大，最高风速12m/s左右（图中A处）。当气流到达7号楼-21号楼断面时，区域风速变低，最低可达0m/s，形成送风死角。由于建筑物布局的因素，巷道风现象比较明显，南端建筑群对气流有较大影响，尤其是较高层高的建筑物对自然通风的影响更为严重，不利于实现夏季自然通风的目的。图3距地面1.5m处压力场由图3可以看出，迎风面压力较大，背风面压力较小，南端建

6、筑物断面之后的压力场分布较为均匀，南端建筑物的宽度和高度对压力场的分布影响比较显著，气流压力的分布规律可以解释气流流速的变化规律，说明仿真效果较好。5由此可见，当东营地区夏季刮南风时，南侧初始建筑群断面对小区气流流场影响较大，较高和较宽的建筑对夏季自然通风的影响更为严重，阻碍了后排建筑物的自然通风。为了使夏季刮南风时小区自然通风效果更为理想，提议减小南侧建筑群的高度和宽度，使得为南风的通过留下足够的空间，于是对建筑小区模型做如下优化：降低小区南部11号、12号、18号、19号楼的高度（高度降低为33m）

7、，减小2号、3号、4号和17号楼的宽度（宽度缩小为35m）。为了挽回南侧建筑降低高度和缩小宽度对建筑空间造成的损失，可以增加小区北侧建筑的高度、（33m高的建筑统一升高10m，其余建筑物高度不变）宽度（宽度暂且不变）和朝向（暂且不变），这样调整不仅对南侧建筑空间减少造成的损失进行了弥补，而且当冬季东营地区刮北风时北侧连排的小高层建筑能够有效阻碍冬季北风的侵入，抑制小区内的风速。图4优化后距地面1.5m处速度场图5优化后距地面1.5m处压力场按照以上分析对小区模型再次优化，优化后的结果见图4图5，发现小区

8、内风速降低，风速场比原先均匀，压力场变的缓和，因此可以得出，南侧非连续的低层建筑为夏季南风的通过留了更多空间，尽可能的保证了后排建筑的自然通风北侧的高层建筑还可以有效阻止冬季北风的侵入，抑制小区内的风速。6、结论5从上述例子可以看到，建筑的布局对小区风环境有重要的影响，因此在建筑群的规划设计阶段就应该对这些问题进行认真的考虑，调整设计或者采取其他措施避免这种现象的出现。本文优化后的模型使得南侧非连续的低层建筑之间空间得到增加，自然通风的效果