城市規(guī)劃CFD模擬設(shè)計(jì)的數(shù)字化研究

【摘要】介紹了如何建立CFD模擬中城市數(shù)字模型。CFD模擬應(yīng)用在城市規(guī)劃與城市氣候關(guān)系的研究中，準(zhǔn)確、合理的CFD城市數(shù)字模型是進(jìn)行研究的關(guān)鍵。將復(fù)雜的城市轉(zhuǎn)化為可在CFD中進(jìn)行仿真模擬的數(shù)字模型，需將城市中的建筑材料性質(zhì)、水體的數(shù)字模型以及城市特征轉(zhuǎn)化為CFD模型的數(shù)字參數(shù)，以及模擬的邊界條件的建立等。還對該方法的結(jié)果進(jìn)行了分析和總結(jié)。

【關(guān)鍵詞】CFD模擬，城市規(guī)劃，數(shù)字模型，

DIGITAL MODEL of CFD SIMULATION design for urban planning

1  引言

城市化是社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的必然，城市化也必然帶來了城市問題和環(huán)境問題，激化了人口、資源、環(huán)境的矛盾。這些矛盾喚起了人類對傳統(tǒng)工業(yè)與工業(yè)城市的反思以及人類生態(tài)文明的覺醒，也增強(qiáng)了人類生態(tài)意識和對城市可持續(xù)發(fā)l的科學(xué)理解的逐漸深入。20世紀(jì)80年代初，原蘇聯(lián)生態(tài)學(xué)家亞尼茨基（Yanitsky，1984）和生態(tài)學(xué)家理查德·雷吉斯特（Register，1987）等學(xué)者提出了創(chuàng)造生態(tài)城市的理想生態(tài)模式。在生態(tài)城市中，技術(shù)與自然充分的結(jié)合，人的創(chuàng)造力和生產(chǎn)力得到最大限度的發(fā)揮，居民的身心健康和環(huán)境質(zhì)量得到最大的保護(hù)，物質(zhì)、能量、信息高效利用，生態(tài)良性循環(huán)的一種理想的棲境。

城市氣候作為大區(qū)域大氣候背景下形成的一種相對獨(dú)立的小氣候，它與城市的發(fā)展和人類活動(dòng)密切相關(guān)。地域氣象要素決定了傳統(tǒng)城市形態(tài)的特點(diǎn)，良好的城市空間及宜居條件的設(shè)計(jì)有助于改善城市微氣候，而良好的城市微氣候有利于改善城市環(huán)境的熱舒適性并有助于實(shí)現(xiàn)建筑及城市節(jié)能的目標(biāo)。本饕韻娜榷冷地區(qū)的武漢市為研究對象，通過建立武漢市城市數(shù)字模型，利用仿真模擬來研究城市與城市氣候環(huán)境的關(guān)系，從而為更加合理的城市設(shè)計(jì)，改善城市熱環(huán)境以及建筑及城市節(jié)能提供有效的參考依據(jù)。

計(jì)算流體力學(xué)（Computational Fluid Dynamics，簡稱CFD）是流體力學(xué)的一門分支學(xué)科，始于本世紀(jì)三十年代初的計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)，其集流體力學(xué)、數(shù)值計(jì)算方法以及計(jì)算機(jī)圖形學(xué)于一體。它是一種用于分析流體流動(dòng)性質(zhì)的計(jì)算技術(shù), 包括對各種類型的流體在各種速度范圍內(nèi)的復(fù)雜流動(dòng)在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)算。運(yùn)用CFD技術(shù)對一定空間中的氣流建立流體的湍流模型，再根據(jù)提供的合理的邊界條件和參數(shù)，可以對該空間內(nèi)的流體流動(dòng)形成的溫度場、速度場和濃度場進(jìn)行仿真模擬，并直觀的顯示其設(shè)計(jì)結(jié)果。使用者根據(jù)設(shè)計(jì)結(jié)果對其進(jìn)行合理的分析研究，不斷優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，尋找有規(guī)律性的知識，從而更好的指導(dǎo)工程設(shè)計(jì)。

城市是一個(gè)復(fù)雜的物質(zhì)實(shí)體，在城市之中，除了坐落了各種各樣的建筑物之外，還存在著各種各樣的自然地貌如山體、河流、湖泊、盆地等等。氣象資料中的風(fēng)速、溫度、大氣壓、太陽輻射等參數(shù)，城市中的建筑密度、人口密度、植被以及地形特征對于城市的空間布局都會產(chǎn)生各自的影響。因此，將CFD仿真模擬應(yīng)用在建筑及城市與城市氣候關(guān)系的研究中，準(zhǔn)確、合理的CFD城市數(shù)字模型是進(jìn)行研究的關(guān)鍵。

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展和應(yīng)用以CFD的發(fā)展，將CFD技術(shù)應(yīng)用于城市規(guī)劃，來研究城市規(guī)劃中的問題，如模擬氣象條件的作用下太陽輻射的影響，以及風(fēng)場的作用下，城市溫度，風(fēng)的壓力，空氣齡，無太陽蚪誘丈涫筆媸識鵲炔問的變化。那么，建立相應(yīng)比例的CFD數(shù)字模型，即為CFD模擬的基礎(chǔ)性工作。本文以夏熱冬冷的武漢市為研究對象，進(jìn)行CFD模擬仿真分析。通過科學(xué)的分析模擬結(jié)果，總結(jié)分析出實(shí)際情況下總體的城市布局與城市氣候之間的關(guān)系，為城市的規(guī)劃布局設(shè)計(jì)、城市空間組織和城市發(fā)展提供一定的參考依據(jù)。此次研究中，采用美國Fluent公司的軟件Airpak對城市與氣候的情況進(jìn)行模擬仿真分析。

上一頁 1 2 3 下一頁