《三維城區湍流特性和室外通風能力的研究》是依託中山大學，由杭建擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：三維城區湍流特性和室外通風能力的研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：杭建
- 依託單位：中山大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
城區風環境的改善有利於居民身心健康和減少建築暖通能耗。本項目將根據華南地區城市人口密度和土地利用率特點設計理想建築群布局，並通過風洞實驗和以大渦模擬(Large eddy simulation)為基礎的計算流體(CFD)技術研究若干典型城區冠層(Urban canopy layer)的湍流特性和污染物擴散機理，得到精確可信的通風量等數據；然後運用以RANS湍流模型為基礎的CFD技術結合室內通風概念，研究較多建築布局和走向與城區冠層的通風量、換氣次數、空氣齡、通風效率、排污率等通風能力的定量關係，同時通過比較各建築前後表面壓力差研究室內自然通風潛力，並分析速度場研究行人區舒適性。本項目不僅能取得對若干典型城區湍流流動機理和通風能力的準確認知，有重要學術意義；還能多角度定量評價較多城區布局的室外風環境質量，為我國冬暖夏熱地區可持續性城市規劃提供有價值的參考。
結題摘要
除減少污染物排放等措施外，合理的建築布局、改善城區通風和提高室內自然通風潛力是降低城市空氣污染和熱島效應、減少夏季建築空調能耗的重要手段，我國華南冬暖夏熱地區如香港、廣州等城市對此有更高的要求。我們在風洞實驗數據驗證下，以計算流體(CFD)數值模擬為主要手段進行了如下研究。根據廣州城區和文獻中世界典型城區建築密度範圍，設計了具有不同密度的理想城區模型。首先與瑞典皇家工學院Mats Sandberg教授合作在其風洞實驗室中測量了典型城區湍流場和建築阻力分布等。在少量大渦模擬數據的比較下，以雷諾時間平均RANS湍流模型為基礎的計算流體CFD模擬為主，研究了更多建築布局。其中運用通風量、換氣次數、空氣齡、通風效率、排污流率和排污貢獻率等概念綜合評估城區大小、建築密度、建築排列方式、建築高低變化、建築底部架空結構、來流風向、街道半開放遮蓬結構、城區通風廊道、定建築表面熱流率等對理想城區通風能效的定量影響，是本項目研究的重要特色。首次採用污染物濃度衰減法研究建築布局對城區換氣次數和空氣齡的影響，是一個重要創新。其次,人們平均90%的時間是在室內度過的，建築自然通風對室內空氣品質非常重要，採用CFD數值模擬與三個通風指標相結合的方法，定量評估了三個主導風向下廣州大學城中心湖醫院260間病房的單側和雙側自然通風能效。我們採用了單域法同時耦合計算室內、室外流場，運用surface-grid extrusion technique生成高質量的六面體格線。採用示蹤氣體均一釋放法計算260間病房的空氣齡和換氣效率，是該研究的一個特色。最後，城市繁忙主幹道的汽車尾氣污染對兩側建築及附近街區空氣品質會產生不利影響。我們研究了二維街谷高寬比、不同壁面加熱條件、有無高架橋和噪聲擋板等對氣態和顆粒污染物在街谷內擴散、向自然通風的建築室內擴散等的影響機制。在該國家基金項目的資助下，項目負責人已在《國際期刊》發表SCI論文4篇，在Indoor Air 國際會議上發表會議論文3篇，另有5篇SCI論文正在審稿或準備投稿。
