城市建筑群分布非均一性对风环境影响研究

发布时间：2019-03-20 21:49

【摘要】：我国的城市化进程日新月异,随之而来的诸如热岛效应、城市高温化、降水增加、雾霾天气等问题也日益突出。城市独特的非均一化建筑群形态结构对风的阻碍和扰动是城市局地风环境的重要成因,是造成城市热环境区别于自然环境的根本。准确测算城市建筑群对风的衰减作用,可以为热岛效应评估、城市气象预报、建筑外环境优化等研究提供技术支持。但因真实城市建筑群极端复杂的非均一性,鲜有深入研究成果,尤其缺乏系统和定量化的研究。本文首先从城市非均一建筑群形态角度出发,通过深入的理论探讨及广泛的跨学科调研,建立了表达城市建筑群非均一性形态特征的参数化方案。其中,首次提出了非均一建筑群的风廊道指数,融合了路网对建筑群布局的分辨能力,形成了有效描述建筑群布局和流动阻力的参数化方法。进一步通过精细的数值模拟手段对简单建筑群影响的廊道风流动机理进行研究,深入探讨建筑群局地流场的形成机制,提出了基于形态特征的流量系数,得到形式简单的经验公式,可以用来描述流量比率与建筑宽度、长度、布局夹角的关系,并得到良好的验证结果。同时,对廊道风的研究结果认为其形成机理是风阻效应形成的角隅剪切流的叠加,且最小过流断面是决定廊道风流场形态的关键因素;认为文丘里效应可能不适用于建筑群廊道风此类非受限流动;指出廊道建筑的风阻效应内在机理是拖曳作用和绕流流动耦合的结果,其中拖曳作用主要取决于迎风面积,两者几乎是直接的负相关。其次,利用大型边界层风洞实验,对所关注的形态参数影响流动及拖曳作用的特性进行了研究。总体分析结果指出实验的测试工况具备Re无关性,且空间平均风速测量有一定的空间测点位置无关性;不同形态参数对流动的影响和所受拖曳作用差异明显,不同指导风速下同一建筑群中各建筑表面风压差分布和所受拖曳作用分布趋势不变。实验深入考察了建筑群中建筑物单体拖曳作用的分布规律,及其对整体拖曳作用的贡献。建立了一种非介入式建筑群整体拖曳力测量的方法,基于整体建筑群中少数几个建筑的表面压力测量结果,对由实验结果分析得到的统一的分布曲线进行拟合,并由此估算整体拖曳力系数。此方法有可能实现对真实建筑群整体拖曳力系数的测量。同时,实验结果表明单体建筑拖曳作用分布规律显著,迎风面第一行建筑后拖曳力系数迅速衰减;来流风速和建筑单体形状决定了迎风第一个模块的拖曳作用强度,建筑群整体形态特征决定单体拖曳力系数沿风向的分布趋势。最后,对形状指数和风廊道指数影响风的流动特性作深入分析,指出建筑形状对于流过空气的影响较小,圆形建筑因有类似导流效果拖曳作用最小;建筑布局变化对流动的影响较形状更显著。进一步结合前述机理研究,综合考虑迎风面积指数、平面面积指数、形状指数、风廊道指数对拖曳力系数的影响,分析得到统一的拟合曲线。最终建立了可以由非均一建筑群几何形态特征直接导出其拖曳力系数的参数化模型。同时,修正理论推导并结合相应的参数化方法,改进了可以考虑建筑群非均一性影响的粗糙特性模型。本论文研究成果可以更好地评价非均一城市建筑群的拖曳力作用,从而可能为城市局地风环境、污染扩散研究,以及由城市区域热环境层面探讨绿色建筑设计、生态城市规划的方法提供理论和技术支持。
[Abstract]:......
【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】：TU984;TU119
，

本文编号：2444662