城市水体对周边局地热湿环境影响的研究

发布时间：2018-03-07 13:10

本文选题：水体调节作用　切入点：局地热湿环境因素　出处：《哈尔滨工业大学》2016年博士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：作为自然下垫面和人工下垫面的综合体之一,水体周边滨水地区往往因其亲水性及变幻无穷的水景,成为城市中最具有吸引力的地段。同时,水体既能实现一定的生态功能又能改善滨水区域周边的局地热湿环境。因此本文以城市水体局地热湿环境特性和影响该局地热湿环境的主要因素为研究对象,采用理论分析、现场实测及数值模拟相结合的方法研究水体和大气之间的热质扩散机理和通量传输的长期动态规律,并系统研究不同条件下水体对周边局地热湿环境的调节作用。采用理论解析的方法分析二维稳态条件下有限域水体对周边环境的热湿调节作用。二维稳态解析考虑垂直岸堤的影响,得到了风速、岸堤高度和水体宽度对水体与大气之间热质传输的理论解,结果表明随着岸堤高度和来流风廓线指数的不断增加,水体对局地热湿环境的影响范围迅速减小。采用涡度相关技术,以下垫面较为均匀单一的呼兰河段为观测对象,定点研究水体与大气之间的长期湍流特性和通量输送规律。对通量数据进行筛选和填补后,重点分析了水体周边的局地气候特征、湍流特征、通量输送特征及各通量之间相关性的长期特征及变化规律。结果表明局地气候各项特征参数具有明显的日夜和季节性变化特点,水体与大气之间的通量传输强度与大气稳定度密切相关。以松花江哈尔滨段为观测对象,采用统计学和模型化方法分析位于城市中心、人员活动较为密集的滨水区域局地气候。采用回归法和随机模型法,得出了松花江哈尔滨段水温与气温的全年预测模型。同时结合呼兰河实测结果,对热量传输模型进行验证,通过对比发现,位于市区的水体在人为排热及人工下垫面等因素的影响下,水体温度和空气温度均高于位于城郊的水体温度和空气温度。市区内水体与大气之间的潜热交换更加剧烈,对周边局地热湿环境湿度的调节作用更大。建立和验证水体及周边局地热湿环境的CFD模拟方法,总结出滨水区热湿环境模拟中常用下垫面的热物特性及模型参数化计算方法。通过对比分析不同湍流计算模型在湿环境预测的表现,结果表明RNG k-ε模型在预测精度、计算容量和研究周期等方面表现最佳。基于上述CFD模型计算方法,采用正交试验设计方法选取影响水体周边局地热湿环境的因素进行分析。结果表明城市水体对滨水建筑区域内热湿环境的影响尺度与住区内通风廊道形式密切相关。同时结合本文评价指标,着重分析了显著因素对滨水建筑区域内平均湿度、温度和WBGT的影响。结果表明岸堤高度和容积率对滨水区局地热湿环境的影响显著;采用板式和点板式建筑布局的滨水建筑区域更利于水体发挥对局地热湿环境中湿度的调节作用;容积率较低且中部具有较为宽敞通风廊道的滨水布局更利于水体发挥对局地热湿环境中温度的调节作用。综上,本研究结合理论、实测和数值模拟三种研究方法从不同角度相互验证和补充分析了水体与大气之间理论传输机制和实际变化规律,并通过合理的假设,建立适应于城市水体及周边局地热湿环境的CFD模拟方法,研究在各因素的影响下城市水体对局地热湿环境的调节作用,其结论在今后的相关研究中具有一定的参考和借鉴价值,同时也为滨水区局地热湿环境规划提供一定的理论指导和技术支撑。
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【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：P461.5

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