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。WindPerfectDX保证城市风道的计算精度同时简化操作流程,导入高校设计课程教学。福建绿色建筑WindPerfectDX热岛模拟
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
湍流模型的选择湍流是普遍存在的,层流是个例。对建筑物室外风场的模拟需要考虑湍流的影响。目前对湍流的数值模拟方法见图。湍流数值模拟方法包括直接数值模拟方法(DNS)和非直接数值模拟方法,非直接数值模拟方法包括大涡模拟方法(LES)、Reynolds平均法(RANS)、统计平均方法。湍流的数值模拟方法:Reynolds平均法是目前应用*****的湍流模拟方法,根据对Reynolds应力做出的假定不同,又可分为Reynolds应力模型和涡粘模型,见图。本次模拟**终采用RSM模型进行湍流的模拟(事实上,湍流模型的选择并不是***的,可以进行不同湍流模型之间的对比)。在Fuent里湍流模型的设置见图.
在设计尺度的应用上,虽然城市里的植栽及公园绿地是降低城市温度的重要手段,但若缺乏适当的规划,反而会造成人体热舒适度的不良影响。一般在树荫底下人们通常会觉得凉快,若能有微风流动更可以感受到降温效果,因此风速和树荫间存在互补的关系。但需要注意的是,过密的树木种植反而会减少风的流动,惟有合理的景观设计,包含街道树木的种植和公园的设置,才能给城市居民带来较大的生活舒适。利用风速和遮阴等级对城市街区、公园等区域设计进行舒适度检验,简化传统微气候模拟方法,将能更便捷的应用于城市设计方案之推敲。WindPerfectDX建筑规划行业的三维CFD软件,结果显示多样化,可按分布、矢量、粒子查看。
模拟结果:建筑风环境的CFD模拟,一般查看流场在不同高度处的速度分布云图、速度矢量图和压力分布云图。由于Fluent自身的后处理功能并不强大,因此采用Tecplot对结果进行后处理。在Fluent中结果的展示见图.将fluent文件输出为plt格式,导入Tecplot3602015中,分别显示高度10m、20m.40m、78m、100m处的速度云图、速度矢量图和压力云图。建筑风环境模拟研究思路及问题对于cFD本身的模拟流程,建模是**困难的一步,如何获取一定尺度下相对准确的区域三维模型有待深入研究。而**是CFD模拟的结果并不能令人信服,需要辅以现场实测或风洞试验的数据,加以验证,因为在建模、求解的过程中都存在着各种简化和假定,比如计算域的形状和大小,网格的质量均会对结果产生影响。WindPerfectDX风环境模拟技术与日照分析辅助城市设计。重庆微气候WindPerfectDX安装教程
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现阶段城市发展中,城市规划师与设计师已逐渐认知到“粗放型”的发展方式,不只对城市环境带来巨大的负面影响,城市热岛效应更是日益加剧。风/热环境作为衡量与改善城市舒适度的重要指标,将在未来的城市规划与设计过程中成为重要的考量因素。多尺度城市微气候模拟方法,比如简便人体热舒适度指标,将成为未来潜在的城市规划设计课程指导方法,进而融入到城市规划教育中去,使其在真正意义上成为城市规划学生分析方案、指导方案、检验方案的新型规划方法和工具。而在“粗放型”发展到“精细化”规划的转变中,城市微气候模拟也将逐渐从对于规划结果的“事后验证”转向带领规划的“事先指导”,在这一过程中,对于多尺度城市规划与城市设计微气候模拟方法的梳理与评述也将为未来气候敏感型城市研究打下坚实的基础。福建绿色建筑WindPerfectDX热岛模拟
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