基于CFD的微尺度城市形态气候响应设计

发布时间：2024-11-03 09:10

　　随着我国城镇化进程的加快,城市建设正发生着由量到质的变化,从感性判断到理性论证的转变,而“以人为本”的规划思想逐渐成为城市规划学科的灵魂。同时,全球气候变暖导致高温热浪、城市热岛、空气污染和洪灾内涝等诸多灾害性气候频繁发生,如何通过积极优化城市空间形态来响应气候变化、缓解气候问题,进而营造出舒适和谐的人居环境,已成为当前城市规划专业急需面对的挑战。随着近年来城市气候科学的不断深入研究,以德国为代表的西方国家已取得了诸多成果,我国在近二十年也逐步开展了大量相关研究与实践,为本文提供了良好的基础。与此同时,在微尺度城市形态气候响应设计的方法和策略等方面仍有进一步完善的空间。本文在总结城市生态学、气候学和形态学等相关理论的基础上,分析了微气候要素与城市形态之间的相互耦合关系,据此提出基于CFD(Computational Fluid Dynamics,计算流体力学)进行城市形态气候响应设计的技术路线、设计过程和设计策略;重点针对城市规划实践需求,从“城区级”“街区级”“建筑级”三个尺度,对CFD在微尺度城市形态气候响应设计的策略进行分析、归纳、总结。在“城区级”尺度气候响应设计中,以大连市花园...

【文章页数】：145 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 研究缘起
        1.1.1 城市化与气候问题
        1.1.2 研究内容
    1.2 研究背景
        1.2.1 选题背景
        1.2.2 学科背景
        1.2.3 微尺度城市形态研究的背景现状及发展态势
    1.3 研究的目的与意义
        1.3.1 建立微尺度城市气候评估的理论架构与策略方法
        1.3.2 探讨微尺度的气候响应设计对策
        1.3.3 结合气候的城市形态研究目标
    1.4 国内外研究概况
        1.4.1 城市通风与热岛效应
        1.4.2 城市形态与城市气候
        1.4.3 城市气候子分区
        1.4.4 WRF耦合CFD模式
        1.4.5 综合评述
    1.5 研究内容与方法
        1.5.1 研究的主要内容
        1.5.2 研究方法与措施
    1.6 本章小结
2 微尺度城市形态气候响应设计的理论建构
    2.1 研究理论基础
        2.1.1 人居环境学
        2.1.2 城市生态学
        2.1.3 城市气候学
        2.1.4 城市形态学
    2.2 气候要素及其对城市形态的影响
        2.2.1 微气候的构成要素
        2.2.2 气候因素在城市形态中的影响
    2.3 城市形态对局地微气候的影响
        2.3.1 城市形态对微气候的影响要素
        2.3.2 城市形态的计算公式及相关解析
    2.4 城市形态气候响应设计的技术路线
        2.4.1 气候响应设计的技术方法
        2.4.2 气候响应的相关策略整合
        2.4.3 气候响应的规划决策协调
    2.5 基于CFD的气候响应设计过程
        2.5.1 气候要素解读
        2.5.2 响应策略制定
        2.5.3 气候响应设计
        2.5.4 模拟分析与验证
        2.5.5 空间形态优化策略
    2.6 CFD相关实用性解析
        2.6.1 模拟计算域的确定
        2.6.2 网格划分方法
        2.6.3 边界条件设置
        2.6.4 计算模型选择
        2.6.5 离散格式选择
        2.6.6 迭代收敛标准
        2.6.7 边界条件验证
    2.7 本章小结
3 不同空间层级的城市形态气候响应设计策略
    3.1 城区级
        3.1.1 城市通风廊道
        3.1.2 城市景观与风环境
        3.1.3 适应气候的城市节能研究
    3.2 街区级
        3.2.1 高层建筑群风环境
        3.2.2 居住小区风环境
        3.2.3 建筑群的组合对风环境的影响
    3.3 建筑级
        3.3.1 建筑室外风环境
        3.3.2 建筑通风及能耗
        3.3.3 建筑风荷载
    3.4 本章小结
4 “城区级”夏季气候响应设计案例研究
    4.1 案例背景概况
    4.2 研究目的
    4.3 研究内容及技术路线
    4.4 气象数据分析
        4.4.1 最热月分析
        4.4.2 风向玫瑰图与风速频率
    4.5 地理环境要素分析
    4.6 WRF中尺度数值模拟研究
        4.6.1 中尺度数值模拟技术概述
        4.6.2 网格设置
        4.6.3 夏季模拟日风、热环境参数
    4.7 夏季CFD数值模拟研究
        4.7.1 模拟区域及网格设置
        4.7.2 模拟边界条件设置
        4.7.3 夏季CFD模拟结果分析
        4.7.4 夏季各分区风环境分析
        4.7.5 温度场总体分析
        4.7.6 夏季各分区温度场分析
    4.8 基于夏季通风和防热的优化策略建议
        4.8.1 通风道设置
    4.9 建筑布局的优化策略
        4.9.1 判断通风廊道上的阻挡建筑
        4.9.2 热岛判断
        4.9.3 公共服务区建筑形态优化措施
    4.10 绿化率与城市热岛
        4.10.1 研究内容
        4.10.2 研究方法
        4.10.3 绿化率分析
    4.11 本章小结
5 “城区级”冬季气候响应设计案例研究
    5.1 冬季WRF中尺度数值模拟研究
        5.1.1 网格设置
        5.1.2 冬季模拟日的确定
        5.1.3 温度场模拟结果
        5.1.4 风场模拟结果
        5.1.5 城市冬季防寒总体策略
    5.2 冬季CFD数值模拟研究
        5.2.1 模拟区域及网格设置
        5.2.2 模拟边界条件设置
    5.3 模拟结果的讨论
        5.3.1 风环境总体分析
        5.3.2 A、D区风环境分析
        5.3.3 E、F区风环境分析
    5.4 基于冬季防寒的优化策略
        5.4.1 绿化的防风作用
        5.4.3 防风林效果研究
        5.4.4 防风林应用策略
        5.4.5 防风林应用评价
    5.5 本章小结
6 “街区级”气候响应设计案例研究
    6.1 背景分析
        6.1.1 街区功能属性分析
        6.1.2 街区微气候特征分析
        6.1.3 街区空间构成要素分析
    6.2 模拟区域三维地形建立
        6.2.1 复杂地形的城市三维建模
    6.3 CFD数值模拟
        6.3.1 研究工具
        6.3.2 模拟区域网格设置
        6.3.3 模拟边界条件设置
        6.3.4 模拟结果
        6.3.5 划定典型区域
    6.4 基于CFD模拟的风环境评价
    6.5 “街区级”城市空间形态的气候响应综合评价
    6.6 本章小结
7 “建筑级”气候响应设计案例研究
    7.1 案例基地概况
        7.1.1 建筑功能特征分析
        7.1.2 方案设计理念
    7.2 CFD数值模拟及多方案对比
        7.2.1 研究工具
        7.2.2 模拟区域概况及网格设置
        7.2.3 多方案模拟结果对比分析
    7.3 模拟结果对建筑空间形态的引导策略
    7.4 本章小结
8 回顾与展望
    8.1 回顾
    8.2 展望
结论
参考文献
附录A 附图目录
附录B 附表目录
附录C WRF模拟结果
致谢



本文编号：4011029