基于深圳市道路氣流特征的城市通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)模型研究.pdf

1、隨著城市的發(fā)展及人們生活水平的提高，風(fēng)環(huán)境已經(jīng)成為影響人居品質(zhì)的重要因素。一方面城市建設(shè)的不斷發(fā)展，人口不斷增加伴隨著一系列的生產(chǎn)、生活活動，使城市熱島效應(yīng)顯著增強(qiáng)；另一方面工業(yè)發(fā)展、汽車尾氣排放、生物質(zhì)燃燒引起的大量空氣污染物，直接影響著城市氣候與居民健康。城市風(fēng)環(huán)境的優(yōu)劣直接關(guān)系到其降低熱島效應(yīng)，稀釋并排除空氣污染物的能力。與此相對，城區(qū)內(nèi)部氣流流動日益復(fù)雜，原有的城市通風(fēng)氣流物理模型已愈來愈不適用。因此建立新的城市通風(fēng)模型是亟需解

2、決的課題。
　　本文就建立新的城市通風(fēng)模型為目的開展了以下幾方面的研究：
　　首先，對深圳市城市風(fēng)環(huán)境現(xiàn)狀進(jìn)行了研究分析，結(jié)果表明深圳市具有較好的通風(fēng)潛力。而城市路網(wǎng)好比流體輸配管網(wǎng)，它散步整個城市，不僅負(fù)責(zé)城市交通運(yùn)輸連接，還是自然風(fēng)從城市外進(jìn)入每個街區(qū)每棟建筑的主要路徑，即城市路網(wǎng)與城市通風(fēng)緊密相關(guān)。由路網(wǎng)結(jié)構(gòu)模式分析得到深圳市屬于典型的棋盤式路網(wǎng)。
　　其次，對棋盤式路網(wǎng)風(fēng)環(huán)境分別就水平方向和垂直方向進(jìn)行了實(shí)測。

3、水平方向上選擇了主干道和支干道十字路口、支干道相鄰十字路口、T字型路口等道路網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)安排實(shí)測；垂直方向上通過地面、天橋、氣象臺十米高度幾個不同高度處的測點(diǎn)實(shí)測研究其風(fēng)速風(fēng)向變化規(guī)律，此外還對道路上影響空氣流動較大的行駛車輛因素補(bǔ)充了實(shí)測。運(yùn)用MATLAB軟件對實(shí)測數(shù)據(jù)處理分析，得到其平均風(fēng)（包括平均風(fēng)速和風(fēng)向）和脈動風(fēng)（包括湍流度和湍流積分尺度）特征變化規(guī)律。
　　第三，由于路網(wǎng)風(fēng)環(huán)境的現(xiàn)場實(shí)測受氣象條件影響較難控制，且不利于在較

4、大范圍內(nèi)觀測等缺點(diǎn)。選擇數(shù)值模擬的方法對路網(wǎng)風(fēng)環(huán)境進(jìn)行了整體研究。運(yùn)用多孔介質(zhì)理論對物理模型進(jìn)行了合理簡化，分別采用湍流模型RNG k-ε模型與標(biāo)準(zhǔn)k-ε模型對路網(wǎng)風(fēng)環(huán)境進(jìn)行了模擬計算。結(jié)果表明 RNG k-ε模型優(yōu)于標(biāo)準(zhǔn) k-ε模型；與實(shí)測值比較發(fā)現(xiàn)，雖然模擬在建模、邊界條件設(shè)置、湍流模型選擇等多方面存在爭議，但只要合理設(shè)置，數(shù)值模擬可以與實(shí)際的流動情況高度吻合；此外通過垂直高度上的分層，對每層的路網(wǎng)氣流流動特征進(jìn)行了分析。
　

5、　最后，提出了城市通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)模型。垂直方向分為下層建筑密集層、中層建筑屋面層、上層建筑零星層三層，根據(jù)每層建筑的分布特征，分析其氣流流動特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，提出了各層水平方向上的通風(fēng)模型。建筑密集層內(nèi)，空氣流動可以描述為淹沒網(wǎng)絡(luò)流模型，即空氣主流在通流干道及各支流道路構(gòu)成的網(wǎng)狀流道內(nèi)流動，由于流道不封閉，該網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的流動介質(zhì)可向上發(fā)展，流入建筑屋面層，上層空氣也可下沉匯入網(wǎng)絡(luò)，流道內(nèi)空氣還可通過建筑間隙流入高密度的街區(qū)。街道網(wǎng)絡(luò)內(nèi)各支流流向由各節(jié)

6、點(diǎn)的風(fēng)壓決定；建筑屋面層內(nèi)，城市建筑多數(shù)屋面都分布在該層，這些屋面是相對分離，不連續(xù)，豎直表面仍然是建筑立面。這層中，各表面分布密度越向上越小，該層內(nèi)建筑僅分布于街道網(wǎng)絡(luò)間的街區(qū)內(nèi)，街道上空依然是空氣自由流動空間；建筑零星層，一般僅有超高層建筑的上部。由于超高建筑數(shù)量較少，故其間距稀疏，單個建筑繞流之間幾乎不存在相互影響，各建筑外繞流相互獨(dú)立，對該層的空氣流場可以按照單體繞流進(jìn)行求解。最后，針對影響該城市通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)模型的重要因素（包括城市