“街道狭谷效应”加剧空气污染:近年来,由于城市居住环境的营造不当,造成了很多恶劣的气候影响。诸如,由于城市中楼层普遍过高,且高层建筑空调等电器等散发热量较多,地表层绿化植被散热较少的缘故,使地面上层大气无法随高度的增加而降温,加剧了城市大气逆温的反常现象,使大气的对流减缓,间接导致了城市雾霾难以飘散。在城市中,“街道峡谷效应”导致高楼周围的风环境产生变化,风向改变、风速加大,这种变化可能造成不良后果。城市特殊下垫面以及微气候特征可能影响污染物的传输扩散,从而产生局地空气污染,而街道峡谷作为城市下垫面的重要组成部分,其动力和热力性质是构成城市局地气候的重要因素,同时作为居民活动中较为活跃的场所,对于城市局地街道峡谷的环境状态的研究显得至关重要。WindPerfectDX三维CFD软件可进行城市尺度风模拟计算,面向建筑,调节微气候辅助城市设计。建筑CFD软件WindPerfectDX基本流程
求解参数设置:将ICEM划分好网格的文件输出为msh文件,导入F1uent,进行求解参数的设置。主要参数包括求解基的选择,湍流模型的选择,边界条件的确定,残差控制设置等。求解基的选择:F1uent提供两种求解基,即Pressure-Based和Density-Based求解器,如图所示。其中Pressure-Based是针对低速、不可压缩流开发的,Density-Based是针对高速、可压缩流开发的。风是由于空气受热不均匀,密度改变引起的流动。空气理论上是可压缩流体,但是在常温常压下气体做低速流动时(V=100m/s),气体的密度相对变化小于5%,可按不可压缩流体处理( Boussincsq假设)。不可压缩流体的连续方程如下所示
CFD在解决空气污染中的应用:建筑CFD与通用CFD的主要区别在于满足精确需求。建筑规划行业的从业者的主要时间用于整个规划设计的推敲,风/热环境的模拟分析在设计初期辅助优化设计,因此需要操作简单、结果精确、界面设计符合设计类软件的通识、能够同时对比多个方案、结果表达多样化,尤其是对于建筑及建筑组团的设计,需要能够从人视点感受风/热环境的效果和成因。因此参数繁多、操作复杂的通用CFD不适合建筑规划行业,无法普及这种三维模拟技术对设计的支持。建筑CFD技术结合BIM技术的逐步完善在未来能够为建筑规划行业提供更高效的设计支持。
城市设计应用方面,”公园/街道植物与人体舒适性”是城市微气候研究的重要考量因素。公园局部微气候模拟中,植栽布局与修剪应考虑风廊道的设置与当地风向,植栽将会增加阴影区、改善通风及对热舒适度的影响,并且提出简化的人体热舒适度评价方法,可以透过风速和树荫的数值来进行分类评价,在高风速的树荫遮蔽区域舒适度较高,而舒适度较差的情况是在低风速的未遮蔽区域,为今后在热带和亚热带夏季气候条件下,相关领域的景观设计提供指南,使得其可以更便捷的技术应用于城市设计方案中。WindPerfectDX模拟建筑大楼风,调节微气候辅助城市设计,是专为建筑规划行业开发的三维CFD软件。
通过街廓街巷空间结构、建筑组群布局以及街区层峡几何特征等空间形态和建筑形态的优化,可以形成良好的街区室外风、日射环境,从而避免空气污染和热滞留。城市微气候与城市形态存在紧密的相关性,通过城市形态调整,无论对于旧城既有街区或者待建城区的形态调整,都能够改善和优化城市微气候。WindPerfectDX是专为建筑行业开发的一款建筑CFD软件,根据设计师的操作习惯优化界面,保证工程学上的精度同时简化操作流程,已在部分院校的设计课中加入教学。WindPerfectDX三维CFD软件结果显示多样化,可按分布、矢量、粒子查看,导出风环境粒子动画。广东建筑WindPerfectDX热岛模拟
WindPerfectDX建筑规划行业的三维CFD软件,快速进行热岛模拟与浓度污染扩散分析。建筑CFD软件WindPerfectDX基本流程
三维模拟技术具有循环反馈的运作机制:大致的实施步骤为:提出设计目标后结合城市或地区气候特征进入初步设计,将初始设计成果进行评估,按照规划-设计-软件模拟-分析评价-设计修改-再次模拟…的流程进行,进入循环反馈的运作机制,较后得出满意的评价结果后再进行落实。以上过程可以实现高效、低成本的评估城市设计方案,是可持续城市设计的可靠基础。建筑CFD的教学已加入部分高校的设计课程,WindPerfectDX是专为建筑行业推出的三维热流CFD软件,改善了工程软件复杂的操作界面和参数设置,四步骤、五分钟便可完成前处理操作,结果显示多样化,可按分布、矢量、粒子查看,甚至可以导出风环境粒子动画。建筑CFD软件WindPerfectDX基本流程
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