基于FLUENT的道路交叉口风场并行计算研究

发布时间：2020-11-11 15:31

　　 道路交叉口风场之紊流的数值仿真研究,特别是大规模并行计算研究是当前国内外研究的热点问题,是特别重要的研究领域。准确预报道路交叉口风场可满足工程实践中对建筑规划及设计的需要。工程应用中的各类道路交叉口风场往往具有前处理网格系统生成较复杂、数值计算量大等特点。如何提高各类风场之紊流数值仿真效率,是近年来的研究热点。随着计算机日新月异的发展,科学计算,特别是大规模、高性能并行计算越来越成为推动技术革命的强劲动力。关于紊流的数值计算方法,目前雷诺平均法、大涡模拟(LES)法和直接数值模拟(DNS)三者并存。本文在湖南省自然科学基金项目“基于多块网格及大涡模拟的三维建筑风场并行分区计算研究(编号：14JJ2103)”的资助下,基于大型CFD软件FLUENT和高性能计算集群对不同类型的道路交叉口风场开展了并行计算研究。其主要工作及相关结论如下：(1)在LINUX系统下构建了基于大型CFD软件FLUENT和高性能计算集群的风场并行计算模拟系统,配置好了相关作业提交系统及脚本；(2)利用高性能计算机集群以及FLUENT软件模拟了不同屋面坡度下双坡低层建筑的风场,并对计算结果做了比较分析和验证,得到了双坡低矮建筑风场在屋面角变化的情况下屋顶风压系数的变化规律；(3)运用高性能计算机集群以及FLUENT软件对多种工况下“十”字型、“T"型、“Y”型道路交叉口风场开展了大规模并行计算,并对相关数值模拟结果进行了比较分析,为道路交叉口规划提供了有利参考；(4)基于工程流变学湖南省重点实验室集群以及FLUENT软件开展了不同网格类型(结构网格和非结构网格)以及不同网格数目下的集群并行计算效率分析。通过对在相同网格数前提下,变化参与并行计算核数的效率分析,得出了FLUENT并行计算最佳核数目的规律,随着划分网格数的增加,最佳核数大致呈现增长趋势,但并不呈现线性增长关系。
【学位单位】：中南林业科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2016
【中图分类】：TU119
【部分图文】：

行人高度为１．５ｍ剖面的流场分布情况进行比较分析。??（１）不同高度工况下的计算结果对比分析??图４－３表示三种不同島度工况下（表４－０的速度云图。由速度云图可见，十??字型交叉口风场的最大速度均处于与来流方向垂直的的道路入口处，出现此种情??况是由于此道路入口处不仅要承受来流方向的风，同时也有从道路两侧建筑物表??面流入的风。不难看出，Ｈ种工况下整个流域的最大速度均小于５ｍ／ｓ，满足室外??活动的舒适性要求。当建筑群呈递降型排列时，交叉口下风向的低速区范围明显??小于其它两种类型，并且交叉口内部风速较均匀，有利于气流流通及下风向的污??染物排放。??－４００?－?４００?－??Ｏ．Ｓ?１?１５?２?：５?３?３５?４?０２〇４０＇化８?ｔ?１?２?１?４?ｔ＇６?１?８?２?２２２＂．＂ｆ?３?３二?０?２?０４?０６００?１?Ｕ?Ｍ?…８?２?２＿２２．＂．，２々?３??；??。?２００?４拍?ＧＯＯ?＆ＪＵ?ｉｉＷｕ?０?２００?４００?６００?６００?１０００?〇?２００?４００?６００?ＡＪｂ?ｔｕｕｕ??Ｘ?Ｘ?Ｘ??（ａ）工况Ｘｈｌ?（高度一致）?（ｂ）工况加２（递降型）?（ｃ）工况Ｘｈ３（递升型）??图４－３高度工况下（Ｘｈｌ、Ｘｈ２、加３）?Ｚ＝１．５ｍ剖面速度云图??Ｆｉｇ．４－３?Ｖｅｌｏｃｉｔｙ?ｃｏｎｔｏｕｒ?ｏｆ?ｈｅｉｇｈｔ?ｃａｓｅｓ?ｏｎ?ｓｅｃｔｉｏｎ?Ｚ＝１．５ｍ??图４－４和图４－５分别表示Ｈ种不同高度工况下的全场流线图和交叉口局部流??线图。从图中可Ｗ看出

（３）不同衔道偏移工况下的计巧结果对比分析??我们日常生活中所见到的交叉口大部分都是有偏移的，很难得有完全对称的??道路交叉口。由速度云图４－９可见，Ｈ种偏移工况下流域的最大速度均小于??５ｍ／ｓ，满足行人室外活动的舒适性要求。偏移量的增加对于整个流域的速度场改??变不是特别明显。??Ｉｆｈｉ??０?ｗ?？〇?，０？?０?２００?？０?＾?６００?ａｏｏ?，０００?０?ｗ?？？?Ｘ－?？？?１－??（ａ）工况別１（偏移２ｍ）?（ｂ）工况Ｘｂ２（偏移３ｍ）?似工况Ｘｂ３（偏移４ｍ）??图４－９街道偏移工况剖面Ｚ＝１．５ｍ剖面速度云图??Ｆｉｇ．４－９?Ｖｅｌｏｃｉｔｙ?ｃｏｉＵｏｕｒ?ｏｆ?ｓｔｒｅｅｔ?ｍｉｇｒａｔｉｏｎ?ｃａｓｅｓ?ｏｎ?ｓｅｃｔｉｏｎ?Ｚ?＝?１．５?ｍ??图４－１０和图４－１１分别表示Ｈ种不同街道偏移工况（工况Ｘｂｌ？Ｘｂ３），Ｚ方向??高度为１．５ｍ剖面道路交叉口内部全场流线图和交叉口局部流线图。从外部流场??来看，有偏移的交叉口风场与没有偏移的交叉曰风场区别不大，均会在建筑群的??两侧及下风向存在明显的縱满。存在区别的是交叉口内部流场，当交叉口出现偏??移时，竖向道路的靠近中也位置处往往会由于偏移而形成满流，并且随着偏移量??的增加

道路交叉口角度Ｗ及风向角三种建筑布局因素来分析来流风对十字型交叉口气流??运动的影响，共分为１３种工况。表４－４？表４－６分别为不同高度、不同角度风向??和不同角度的Ｙ型交叉口模拟工况表。图４－１２为Ｙ型道路交叉口风场几何模型、??网格划分及建筑群标识图，图４－１２（ａ）中的ａ表示Ｙ型道路交叉口角度，公表示??来流风向角。??表４－４不同高度的Ｙ型交叉口模拟工况表??Ｔａｂ．?４－４?Ｔｈｅ?ｎｕｍｅｒｉｃａｌ?ｃａｓｅｓ?ａｂｏｕｔ?ｄｉｆｆｅｒｅ打ｔ?ｈｅｉｇｈｔ?ｏｆ?ｔｈｅ?Ｙ－ｔｙｐｅ?ｉｔｅｒｓｅｃｔｉｏ打Ｓ??工况?Ｙｈｌ?Ｙｈ２?Ｙｈ３??建筑群Ｂｌ、Ｂ２、Ｂ３?建筑群Ｂ１高５０ｍ，?建筑群Ｂ１島３０ｍ??建筑物富度??高度均为?５０ｍ?Ｂ２、Ｂ３?髙?３０ｍ?Ｂ２、Ｂ３?寓?５０ｍ??车道宽度?双向四车道（２０ｍ）?双向四车道（２０ｍ）?双向四车道（２０ｍ）??４３??
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本文编号：2879379