空气温度差异对城市街道峡谷通风及污染物分布特征影响的研究

热力作用是影响城市街谷内风热环境的重要因素之一。为了研究实际日光照射对街道峡谷内通风特征的影响,本文对日光照射下的城市街道峡谷模型进行了简化,采用CFD模拟与城市冠层模型相结合的方法具体分析了不同高宽比下不同热边界条件设置时的街谷内部气流结构及污染物扩散规律。研究结果表明:热浮力作用会明显增强峡谷内部气流流动,由城市冠层模型计算出的壁面温度作为边界条件比以往研究中定壁温或者定热流的设置方式更能反映实际日光照射下峡谷内的风热环境,尤其是在深街道峡谷(H/W=3)时,由于建筑物的遮挡及太阳辐射的变化导致峡谷底部产生一个稳定的分层,导致峡谷底部污染物积累。此外,本文选取通风量(AER)和有效通风量(PFR)作为衡量峡谷通风性能的评价指标,发现仅用通风量作为评价指标是不准确的。     

城市峡谷内气流的数值模拟研究

研究街道峡谷内气流运动规律有助于临街建筑物内和街道中空气品质的预测,有助找出街谷内污染物的扩散运移规律,为更好地进行城市规划提供可靠的科学依据。文中在总结典型街道结构形状特征的基础上,将街道峡谷抽象为外掠空腔的物理模型,采用计算流体动力学方法(CFD方法)模拟了不同街道高宽比的情况下,其气流运动的特征及其街道内气流涡动的生成与发展过程。分析总结了街道峡谷内涡流强度与街道高宽比、城市上空气流速度等因素之间的关系与规律,指出了不同气象条件下城市街道高宽比的合理值。     

街道峡谷几何形态规划要素对太阳能潜力的影响研究

街道峡谷是城市建成环境中重要的空间类型,优化其几何形态有利于高效利用街道峡谷的太阳能潜力。通过对西安建成区街道峡谷几何空间形态对太阳能潜力影响的分析,借助CitySim软件模拟,研究双变量模型分析街道峡谷几何形态规划要素与太阳能潜力的相关性。结果表明:西安典型城市街道峡谷样本逐月太阳辐射量变化情况整体呈"先增后减、再增再减"的特征;街道朝向是影响街道峡谷太阳能潜力的关键几何形态规划要素;街道高宽比与太阳能潜力呈负相关。     

街道峡谷内汽车污染物扩散的模拟研究

对街道峡谷污染问题的研究常采用实地测量、物理风洞试验和数值模拟等方法。本文采用数值模拟对城市街道峡谷汽车污染物的扩散规律进行了研究,从描述街道峡谷内空气流动和污染物扩散的控制方程出发,采用数值模拟的方法对街道内部的空气流动和污染物的扩散进行了模拟分析,并将结果与风洞试验结果进行比较,从而获得了城市街道峡谷汽车污染物的扩散规律。研究结果可以为城市街道大气污染监测、评价以及防治提供科学依据。     

街道可视因子对夏季午后城市街道峡谷 微气候和热舒适度的影响研究

城市街道作为城市最重要的活动空间,对其进行合 理的规划和改造有利于改善城市热环境。揭示街道可视因子对 街道峡谷微气候和热舒适度的作用机制,可以作为城市规划设 计的理论基础。选取杭州市典型街道峡谷为研究对象,通过 实测和数据分析发现,在夏季午后,不同街道峡谷内微气候和 热舒适度存在明显差异：各街道峡谷之间空气温度、平均辐 射温度和生理等效温度最大值与最小值之差分别达到了2.9、 25.3和15.3℃;N-S朝向的街道热环境优于E-W朝向的街 道,但街道的开敞程度和植物遮阴会抵消街道朝向的影响。研 究也发现,在午后,街道可视因子会对街道峡谷热环境产生不 同程度的影响,天空可视因子越高,街道峡谷空间越开敞,街 道热环境和热舒适度越差;建筑可视因子与城市街道峡谷微气 候和热舒适度相关性不大;而树木可视因子则对街道峡谷热环 境具有重要影响,树木可视因子越高,街道树木的遮阴程度越 高,街道内热环境和热舒适度越佳,这种现象在E-W朝向的 街道峡谷中表现得更为明显。     

理想条件下建筑屋顶热效应对污染物扩散特性的影响

基于realizable K-ε湍流模型,采用CFD模拟研究了背风建筑屋顶不同强度热效应产生的自然对流作用对建筑周围流场、温度场及屋顶烟囱排放污染物扩散的影响。研究中采用理查德森数Ri(0～1.15)表示背风建筑屋顶受太阳辐射产生的热浮升力与来流惯性力的相互作用强弱,并通过风洞试验对构建的数值模型进行了验证。结果表明:数值模型计算结果在湍流施密特数Sc_t=0.1时与风洞试验实测结果吻合最好;当Ri<0.78时,随Ri增大,迎风建筑A的背风区流动结构变化显著,街道峡谷背风面及行人呼吸高度面污染物浓度显著降低,降幅分别可达58%和70%;Ri≥0.78时,热浮升力占据主导,迎风建筑背风区流动结构及污染物的分布基本不再发生变化,而且由于热浮升力明显的抬升作用,使得街道峡谷内污染物浓度水平较低。     

临街建筑采风口位置及气流组织形式的研究

本文采用基于RNGk-ε湍流模型的CFD方法,模拟了典型街道峡谷环境中临街建筑周边机动车所排放污染物的分布情况。与风洞实验结果对比表明,数值模拟方法可以较好地预测街道峡谷内机动车尾气分布情况。其次,以建筑周边污染物浓度分布为基础,分析了机械通风采风口位置及自然通风气流组织形式对室内空气品质的影响。对于机械通风建筑,将采风口设于建筑顶部可在任何风向条件下减小机动车尾气对室内环境的影响;对于自然通风建筑,利用位于建筑临街侧上部的开口与背街侧开口进行穿越式自然通风,可在保证室内通风量的同时,减少机动车尾气向室内的传播。     

街道峡谷中垂直绿化的滞尘效应及应用——以武汉市为例

【目的】城市街道中人群活动密集,其空气质量问题值得关注。为解决街道峡谷内颗粒污染物难以扩散的问题,探究垂直绿化净化街道峡谷空气的能力和策略。【方法】以垂直绿化的滞尘效应为研究对象,通过现场调研与实测、正交实验结合计算机软件数值模拟等方法,定量探讨垂直绿化在街道峡谷形态、相对风向、布局方式等多种因素共同作用下的滞尘效应,并比较各因素的影响强弱。【结果】1）街道峡谷宽度、布局方式与水平向布置密度对垂直绿化滞尘效应影响最强。2）垂直绿化更适宜布置在道路较窄的城市支路以及迎风时长较多的建筑立面。【结论】得出滞尘效应最优的因素水平组合,总结出垂直绿化滞尘效应最佳的设计策略与滞尘能力模型,并评估垂直绿化在武汉市的滞尘潜力,为垂直绿化在街道峡谷中的应用提供理论依据。     

基于离散元法空隙分布对沥青混合料剪切疲劳寿命影响研究

基于嵌入BUGERS模型的三维离散元,建立了重复单轴贯入试验模型,研究空隙特征对于沥青混合料的剪切疲劳寿命的影响。研究结果表明,考虑空隙特征与否都能通过三维离散单元法对沥青混合料疲劳寿命进行模拟。考虑空隙特征即考虑空隙实际尺寸与分布状态的模拟方式与实验结果更接近;并且沥青混合料的疲劳寿命与试件的级配、温度、空隙率有关;随着级配的增大,沥青混合料疲劳寿命增大;随温度升高,沥青混合料疲劳寿命减小、随试件的空隙率的增大沥青混合料疲劳寿命减小,其中温度因素影响显著。     

城市街道峡谷PM2.5时空分布特征与空气质量评价

街道峡谷是城市构成部分之一，其特殊的环境容易造成污染物聚集，使沿街居民及行人增加健康风险。文章以街道峡谷内的PM_2.5为研究对象，于2022年春季在合肥市庐阳区亳州路街道设置4个固定式监测样点，根据实际监测数据对春季合肥市街道峡谷的PM_2.5时空分布特征进行研究，分析环境因素的影响并进行空气质量评价。结果表明：建筑形态、气象因素、车流量、道路绿化等环境因素均与PM_2.5质量浓度具有一定关联性，对未来城市空气质量预测及优化起到一定的辅助作用。     

三维街道峡谷内气流结构和污染物分布的研究

选取三维街道峡谷为研究对象,采用CFD模拟的方法,从来流风速、来流风向、建筑间距、排布方式四个方面,分析三维街道峡谷内的气流结构和污染物的分布情况,结果表明,增加来流风速对街谷内污染物的扩散是有利的,但街谷内的气流结构和污染物的相对分布则不会改变;来流风向的变化对于街谷内气流结构改变较大,同时也对污染物分布有显著影响;随着建筑间距的增加街谷内污染物浓度呈下降趋势,街道污染物对临街建筑的影响取决于不同间距下街谷内的气流结构;不同建筑排布形式下街谷内的气流结构和污染物分布存在明显差异,交错排布相比对称排布而言更不利于街谷内污染物的扩散。     

城市建筑物产生的大气漩涡结构对污染物扩散的影响研究

应用雷诺时间平均N—S方程组的数值模拟方法,利用Realizablek—e模型对圆柱和平板射流的发散比率有更加精确的预测。研究了建筑结构产生的大气漩涡结构对街道峡谷、周围环境污染物扩散的影响。计算结果与RafailidiS等进行的风洞试验结果相近。研究发现,建筑物体的形状、特别是屋顶形状以及建筑物之间的相对位置、建筑高度都会产生不同形式、不同强度的气流漩涡结构,进而影响到街道峡谷、周围环境的污染物扩散。合理设计及规划城市建筑对街道峡谷、周围环境的污染物扩散会产生有益的效应。     

建筑围护结构热工特征对住区热环境影响的研究

建筑围护结构热工特征是影响住区热环境的重要因素。本文通过缩比模型实验研究了不同建筑围护结构形式下其外表面温度的变化规律。采用数值模拟方法详细分析了建筑外表面反射率及围护结构保温形式对对住区热环境的影响。研究结果表明:提高建筑表面反射率可有效降低围护结构表面温度,进而缓解局地热岛;与外保温相比,相同围护结构热阻下采用内保温住区内部日间空气温度峰值可降低1.5℃以上。     

大空间火灾中屋盖倾角对温度分布的影响

针对平滑无障碍的大空间斜屋盖,基于斜屋盖顶棚射流温度计算模型,分析倾角对屋盖温度分布的影响,给出了10°～30°斜屋盖温度分布近似计算公式。将近似计算公式与FDS模拟结果进行对比,验证其有效性,并结合案例分析水平屋盖温度分布公式用于斜网架时对其应力和位移的影响。结果表明:在距羽流作用中心4.7倍特征半径内或钢屋盖倾角不超过10°时,可忽略屋盖倾角对火灾温度分布的影响;屋盖倾角会导致火源投影点下侧屋盖温度降低,上侧屋盖温度增大,钢屋盖温度最大增幅在7%左右。斜屋盖温度近似计算公式在火源投影点上侧与模拟结果一致性较好,而在下侧则高于模拟结果。采用水平屋盖温度分布计算斜网架温度对其应力和位移影响不大。     

地板送风空调房间静压箱内气流传热过程的研究

采用数值方法对带有地板静压箱的地板送风空调房间的温速度场进行了模拟,获得了平均壁面温度、室内空气温度及热源表面温度与送风气流在地板静压箱内温升等量值;分析了有、无外墙和外窗及有、无内遮阳对静压箱上、下表面温度分布的影响规律以及对地板静压箱内热力衰减的影响;建立了地板静压箱上表面与室内各壁面间的辐射换热模型,计算分析了各壁面与地板间辐射换热量随墙体以及内遮阳状况不同而变化的规律。     

热力效应作用下小区风环境风洞试验研究

温度作为影响城市舒适度的主要因素之一,对流场的作用机理到目前为止尚不明确。为揭示温度场对流场的影响规律,基于大尺寸风洞,对不同热力条件下的平均风进行试验研究,得出不同理查逊数R_b作用下的人行高度风速、相关测点顺风向速度和雷诺剪切应力分布并进行详细分析。以长沙市某小区为研究背景,探究了不同热力效应下人行高度风场的分布规律,获取了热力条件下典型测点的相关性系数,并利用超越概率的方法定量评估了热力效应下的小区人行高度风环境。结果表明:在-0.38<R_b<0范围内,空风洞流场随着热力效应增大,在近地面风速增长相对较大,且随着高度的增加其增幅逐渐减缓; 实际中小区人行高度风环境受温度影响整体较小,主要影响集中在风速比0.6以下,最大均方根为0.635,风速比在0.6以上时温度对风速影响效果相对较小; 热力效应对人行高度风场的相关性与舒适度影响较小,其最大影响值分别为8%和3.87%。     

基于实测数据立式热水储能罐罐壁力学特性分析

为掌握立式储能罐结构的受力特征,基于某30 000 m³立式热水储能罐项目,依托远程监测技术采集了运行状态下罐壁应力和温度数据,将采集结果与考虑罐底摩擦接触约束建立的有限元模型分析结果进行比较,验证了此有限元模拟方法的合理性;依托实测温度数据,研究了立式储能罐罐壁热力耦合作用下罐壁位移以及应力分布规律。结果表明：罐壁底部和顶部为温度影响敏感区域,温度升高,使其产生压应力;对于环向应力,在底部受温度荷载影响较顶部更显著;而对于竖向应力,影响主要是罐壁底部;温度对罐壁变形影响较大,在空罐时,最大位移位置出现在罐壁最顶端;而满罐时最大变形位置出现在中上部的位置,温度作用大于静水压力对罐壁变形的影响。     

夏热冬冷地区街道峡谷与建筑形态对城市微气候的影响——以汉口旧城大智路片区为例

文章选取武汉汉口的大智路片区为研究对象,以实地观测和对比的方式研究夏季白天的老城区气候特征,并以此作为Phoenics软件模拟的边界条件,模拟和分析了三条不同高宽比和走向的街道峡谷的风、热环境差异,并根据模拟结果对其进行优化策略研究。研究显示,高宽比与走向均对街道的风、热环境产生影响,而建筑形态的优化、部分周边建筑的拆除,则能对风、热环境起到较好改善作用,该研究将为夏热冬冷地区的城市可持续更新和微气候改善提供理论支持。     

能源桩温度分布的试验与数值研究

对能源桩换热过程中的温度分布的研究,是分析应力-温度耦合作用下桩身受力与变形行为的前提。首先总结了实测能源桩的温度分布规律,针对信阳螺旋埋管桩的TRT测试进行数值模拟,进出口水温、桩截面温度以及岩土温度的模拟结果均与试验数据相符,验证了模型的合理性。并对恒定加热功率工况下,岩土热导率、加热时长、埋管形式及桩径对能源桩温度分布的影响进行了模拟分析。结果表明,在70W/m的加热功率下对信阳测试桩加热7d后,周围岩土的热导率每减小0.3W/(m·K),桩身温度会整体增大约0.7℃,桩直径每增大200mm,桩身温度会整体减小约1℃; 螺旋埋管与U形埋管的桩相比,桩身平均温度较高,截面温度分布较均匀。     

不同雾化角作用下隧道火灾烟气温度分布研究

使用FDS建立全尺寸盾构隧道模型进行数值模拟。设置小汽车和客车火灾,火源功率分别取10、20 MW,纵向通风风速分别为0、1、2、3 m/s,研究不同雾化角下隧道火灾的最高烟气温度和纵向温度分布规律。结果显示:无水喷雾系统作用下的最高烟气温度模拟值和Li模型的预测值近乎相同,但水喷雾系统作用的最高烟气温度低于Li模型的预测值;在纵向通风和水喷雾流量为定值时,最高烟气温度随着雾化角的加大而增大。引入无量纲修正系数表示雾化角对最高烟气温度的影响,建立纵向通风隧道内最高烟气温度和雾化角之间的相关性。随着雾化角逐渐加大,纵向温度衰减显著增大。引入无量纲修正系数Kdown表示雾化角与纵向温度衰减的关系,建立纵向烟气温度分布指数方程,为消防工程师估算结构设计中的烟气运动提供帮助。