高层建筑周围风场研究

摘要

改革开放以来,随着国民经济的持续发展,中国城市的高层建筑大量涌现.对高层建筑来说,由于迎风面面积的增大以及自然风速在垂直方向的指数分布,使得风对高层建筑的作用远远大于低层建筑.为了能够正确计算建筑结构的风荷载,正确计算由于风渗透而形成的热(冷)负荷,以及从保护环境的角度出发,正确预测建筑周围的空气流动状况,都需要对高层建筑周围的风场进行研究.该文采用数值计算的方法对高层建筑周围的风场进行模拟,得出绕流风场的各种信息.在此基础上,主要研究以下两个方面的内容.1.高层建筑空气动力阴影区 这一部分内容包括:(1)根据数值计算的结果,说明研究空气动力阴影区对保护高层建筑周围环境的意义.(2)描述空气动力阴影区的一般形状,并对空气动力阴影区的定义提出建议.(3)空气动力阴影区与自然风速的关系.(4)空气动力阴影区与建筑几何尺寸的关系.(5)空气动力阴影区典型尺寸计算式的拟合.2.高层建筑外表面的风压分布规律 这一部分内容包括:(1)高层建筑外表面风压分布的一般规律.(2)高层建筑外表面风压分布与自然风速的关系.(3)高层建筑外表面风压分布随建筑几何尺寸的变化规律.(4)高层建筑外表面风压系数计算式的拟合.(5)风载体型系数随建筑几何尺寸的变化规律以及风载体型系数计算式的拟合.该文对高层建筑空气动力阴影区的研究,据了解在中国是首例,具有创新意义.该文对高层建筑外表面风压分布的研究,对于改进现行的外表面风压计算方法,提高计算精度,提供了一个途径.

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

1.1课题的意义

1.2国内外研究现状

1.3本文的主要工作

第二章湍流理论

2.1湍流理论的发展

2.2湍流数学模型

2.3 K-ε双方程模型

第三章基于K-ε双方程模型的数值计算方法

3.1数值模拟技术概述

3.2数值计算中的离散化处理

3.2.1计算区域的离散化

3.2.2控制方程的离散化

3.3离散方程的求解方法

3.3.1控制方程的TDMA算法

3.3.2控制方程的迭代算法

3.4 PHOENICS软件简介

第四章高层建筑周围风场的计算模型

4.1计算区域

4.2边界条件

4.3网格划分

第五章高层建筑的空气动力阴影区

5.1空气动力阴影区对高层建筑周围污染物浓度分布的影响

5.2空气动力阴影区形状及定义

5.3空气动力阴影区与自然风速的关系

5.4空气动力阴影区与建筑物几何尺寸间的关系

5.5空气动力阴影区典型尺寸计算公式的拟合

第六章高层建筑外表面的风压分布

6.1风压的各种计算式及其换算

6.2高层建筑外表面风压分布的一般规律

6.3风压分布随建筑物几何尺寸的变化规律

6.4风压系数计算公式的拟合

6.4.1迎风面风压系数Cp

6.4.2背风面风压系数Cp

6.4.3算例

6.5风载体型系数与建筑几何尺寸的关系

第七章全文总结与展望

7.1全文总结

7.2对本课题进一步工作的建议与展望

参考文献

致谢

附录Ⅰ用FORTRAN编写的PHOENICS结果文件的输出程序

附录Ⅱ攻读学位期间发表论文