公开/公告号CN112347711A
专利类型发明专利
公开/公告日2021-02-09
原文格式PDF
申请/专利权人 中国建筑科学研究院有限公司;
申请/专利号CN202011164615.X
申请日2020-10-27
分类号G06F30/28(20200101);G06F113/08(20200101);G06F119/14(20200101);G06F111/10(20200101);
代理机构11368 北京世誉鑫诚专利代理有限公司;
代理人李世端
地址 100013 北京市朝阳区北三环东路30号
入库时间 2023-06-19 09:51:02
技术领域
本发明涉及模拟计算技术领域,具体涉及一种街谷水平通风影响城市热岛效应的数值模拟方法。
背景技术
随着城市不断高速发展,城市热岛效应日益严重。缓解城市热岛,有助于抑制传染病传播、减少温室气体排放、降低建筑能耗。
目前对城市热岛效应的研究过程中,在给城市街谷建模时一般采用经典的城市冠层模型。而经典城市冠层模型的水平通风特性基本采用“对热岛效应的影响很小而忽略”的处理方式,这对许多处于多风环境下城市的热岛效应进行研究显然是不足的。比如许多沿海城市的大气运动会受到热岛环流和常年的海陆风环流的相互作用,此时城市的水平通风特性对其热岛效应的影响很大。
近年来,由于计算机流体力学CFD技术的大幅提高,CFD数学模型也逐渐被广泛采用。但是采用CFD数学模型模拟整个城市热岛现象在计算技术和理论建模上都将极具挑战性。在建模方面,CFD技术对计算机资源消耗巨大,而且需要详细的地貌资料,而提供城市冠层内各建筑外部结构的三维几何尺寸数据库是代价相当昂贵的一件事。因此,在采用CFD数学模型模拟时,也通常需要简化建筑的几何形状,如此一来,空间分辨率就有所下降。计算技术上,CFD数学模型将面对大量的控制体或节点来进行计算,边界条件的测量较为困难。另外,准确地对湍流的处理仍然是CFD数学模型的一个重要弱点,湍流建模的准确性会对CFD数学模型模拟空气流场的精度有很大影响。目前主流的两种对城市热岛效应的数值模拟方法都有一定缺陷。
发明内容
为解决现有技术的不足,本发明实施例提供了一种街谷水平通风影响城市热岛效应的数值模拟方法,该方法包括以下步骤:
S1,利用高斯-赛戴尔Gauss-Seidel迭代算法,计算各条街谷交点处的空气流量初值和空气压力初值;
S2,利用牛顿迭代Newton-Raphson算法,计算各条街谷交点处的空气流量值和空气压力值;
S3,根据公式
S4,根据空气物性方程
优选地,其特征在于,利用高斯-赛戴尔Gauss-Seidel迭代算法,计算各条街谷交点处的空气流量初值和空气压力初值包括:
S11分别对各条街谷及各条街谷的交点进行编号;
S12根据各条街谷的编号及各条街谷的交点的编号,得到相应的邻接矩阵A,其中,邻接矩阵A定义为A=[a
S13假设
S14根据公式
S15根据公式R
S16根据公式
S17判断
S18若否,则重复上述步骤S13-S17,直至
优选地,利用牛顿迭代Newton-Raphson算法,计算各条街谷交点处的空气流量值和空气压力值包括:
S21根据公式
S22根据公式F(P)=(Ar
S23根据公式
S24根据公式R
S25根据公式
S26判断
S27若否,则重复上述步骤S21-S26,直至
本发明实施例提供的街谷水平通风影响城市热岛效应的数值模拟方法具有以下有益效果:
采用高斯-赛戴尔Gauss–Seidel迭代算法求解各条街谷交点处的空气流量初值及空气压力初值,采用牛顿迭代Newton-Raphson算法求解各条街谷交点处的空气流量值及空气压力值,随着街谷数量的增加,采用Gauss–Seidel迭代算法与Newton-Raphson算法的组合比仅采用Newton-Raphson算法迭代次数更少,收敛速度更快,精度更高,为对街区尺度下城市热岛效应进行有效分析的方法,该方法既避免了采用大规模模拟计算城市热岛效应的负担,又可在街区内存在多条街谷的规模下,保证了CFD数学模型的计算精度。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明作具体的介绍。
本发明实施例提供的街谷水平通风影响城市热岛效应的数值模拟方法包括以下步骤:
S101,利用高斯-赛戴尔Gauss-Seidel迭代算法,计算各条街谷交点处的空气流量初值和空气压力初值;
S102,利用牛顿迭代Newton-Raphson算法,计算各条街谷交点处的空气流量值和空气压力值;
S103,根据公式
S104,根据空气物性方程
可选地,其特征在于,利用高斯-赛戴尔Gauss-Seidel迭代算法,计算各条街谷交点处的空气流量初值和空气压力初值包括:
S1011分别对各条街谷及各条街谷的交点进行编号;
S1012根据各条街谷的编号及各条街谷的交点的编号,得到相应的邻接矩阵A,其中,邻接矩阵A定义为A=[a
S1013假设
S1014根据公式
S1015根据公式R
S1016根据公式
S1017判断
S1018若否,则重复上述步骤S1013-S1017,直至
可选地,利用牛顿迭代Newton-Raphson算法,计算各条街谷交点处的空气流量值和空气压力值包括:
S2011根据公式
S2012根据公式F(P)=(Ar
S2013根据公式
S2014根据公式R
S2015根据公式
S2016判断
S2017若否,则重复上述步骤S2011-S2016,直至
本发明实施例提供的街谷水平通风影响城市热岛效应的数值模拟方法,通过采用高斯-赛戴尔Gauss–Seidel迭代算法求解各条街谷交点处的空气流量初值及空气压力初值,采用牛顿迭代Newton-Raphson算法求解各条街谷交点处的空气流量值及空气压力值,随着街谷数量的增加,采用Gauss–Seidel迭代算法与Newton-Raphson算法的组合比仅采用Newton-Raphson算法迭代次数更少,提高收敛速度及精度,既避免了采用大规模模拟计算城市热岛效应的负担,又可在街区内存在多条街谷的规模下,保证了CFD数学模型的计算精度。
在上述实施例中,对各个实施例的描述都各有侧重,某个实施例中没有详述的部分,可以参见其他实施例的相关描述。
还需要说明的是,术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素,而且还包括没有明确列出的其他要素,或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下,由语句“包括一个……”限定的要素,并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
本领域技术人员应明白,本申请的实施例可提供为方法、系统或计算机程序产品。因此,本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且,本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
以上仅为本申请的实施例而已,并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说,本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本申请的权利要求范围之内。
机译: 屋顶谷,其边缘设有水平翼,该水平翼朝向外部,而另一水平翼通过在槽形谷的内部体积中溢流而形成朝向内部,从而形成了向屋顶增加水的障碍
机译: 一种方法制得的用青谷酱添加的速溶清谷酱和发酵豆浆汤,以及用该方法生产的即食青谷酱和发酵的豆浆汤。
机译: 一种用于治疗小扁豆薄板之间的单晶谷的方法和装置,用于制备小扁桃之间的单晶谷的方法以及用于制备小扁桃之间的单晶谷的方法