城區非穩態通風特性和熱環境時空特徵的定量研究

《城區非穩態通風特性和熱環境時空特徵的定量研究》是依託中山大學，由杭建擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：城區非穩態通風特性和熱環境時空特徵的定量研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：杭建
• 依託單位：中山大學

中文摘要

本項目首先設計建築熱參數可控性好、能達到真實城區需要的熱力學相似要求、成本較低的理想城區模型，在廣州郊區進行長期外場觀測，研究不同氣象條件下城區規模、建築密度、建築熱容和表面顏色對城區能量平衡和城區冠層熱環境時空特徵的影響，定量研究城區各能量通量的日變化和季節變化、城區能量不平衡現象、城區冠層氣溫日循環和空間分布、建築壁面熱邊界層等與城區參數的物理相關性。此外，基於中性氣象條件的短期外場實驗，通過計算流體CFD微觀模擬，數值研究風速、風向實時變化的非穩態邊界對街道(~100m)和鄰域尺度(~1km)的城區冠層湍流特徵、通風量和換氣次數、污染物擴散的影響；還採用多孔介質湍流模型巨觀模擬定量研究城市尺度(~10km)冠層通風的非穩態邊界效應。相關研究有利於深入認識城區冠層通風和城市熱島的影響機理，有助於推進城市熱環境設計和城市冠層參數化方案的發展，對可持續性城市氣候建設有重要意義。

結題摘要

目前中國城鎮人口已超過總人口的54%，預計2050年將達到76%。城市化導致城市通風變差、城市熱島和空氣污染加重，危害城市居民健康和室外熱舒適性。建築和街谷是城市的基本組成部分。風力與熱力是城市湍流、通風和物質能量輸運的兩大驅動力。城市形態和氣象參數是影響城市氣候動力和熱力過程的主要因子。合理的建築布局和城區規劃，可改善城區通風和下墊面熱力屬性，相關城區通風和熱環境影響機理的研究對可持續性城市環境設計有重要意義。 本項目首先設計建築熱參數可控性好、能達到真實城區需要的熱力學相似要求、成本較低的理想城區模型，在廣州郊區進行長期城市微氣候縮尺尺度外場實驗(SOMUCH)，研究不同氣象條件下城區規模、建築密度、建築熱容等對城區能量平衡和城區冠層熱環境時空特徵的影響(包括二維街谷與三維城區模型)，定量研究城區各能量通量的日變化和季節變化、城區能量不平衡現象、城區冠層氣溫日循環和空間分布等與城區參數的物理相關性。此外，通過計算流體CFD微觀模擬，數值模擬研究街道(~100m)和鄰域尺度(~1km)建築形態與高架橋結構對城區冠層湍流特徵、通風和污染物擴散的動力與熱力影響過程(含穩態與非穩態)。還採用多孔介質湍流模型巨觀模擬定量研究城市尺度(~10km)冠層通風的穩態與非穩態邊界效應。相關研究有利於深入認識城區冠層通風和城市熱島的影響機理，有助於推進城市熱環境設計和城市冠層參數化方案的發展。 已發表或接受標註本基金項目的SCI/EI論文23篇，其中項目負責人為第一或通訊作者的SCI/EI論文17篇，包括<> (IF=4.4)、<> (IF=4.6)、<>(IF=4.5)等，另有5篇正準備投稿。參加2018年第10屆國際城市氣候會議ICUC10、Urban Transitions Global Summit 2016、中國氣象學年會、全國通風學術年會等，獲得10餘次學術報告，介紹了城市湍流、通風與熱環境的SOMUCH外場實驗與數值模擬研究。此外，基於本項目研究，進一步獲得國家自然科學基金優秀青年基金、面上項目、國際交流合作項目各1項。