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1、选题背景及其意义 城市道路交叉口成为城市环境中受到污染尤为严重的区域。计算风工程是结构工程中极具前景的一个研究方向，也是当前国际风工程研究中的一个热点。对道路交叉口的风场进行数值模拟，能为道路交叉口规划提供有利参考，能为政府处理交叉口污染物提供基础依据。第1页/共26页基本理论本研究中采用雷诺平均N-S方程方法来对城市道路交叉口的风场分布进行数值模拟研究。数值模拟方法A本研究中，将只会用到质量守恒方程与动量守恒方程。流体控制方程B本文研究城市道路交叉口的风场分布，将会选取SIMPILE算法。求解方法D本文研究城市道路交叉口的风场分布，将会采用Realizablek-模型。紊流模型C第2页/共2
2、6页模型的验证参照德国汉堡大学的风洞模型，选取Realizablek-模型对其风洞模型进行数值计算模拟。从模拟结果中，提取Line1（面X=0m与面Z=0.03m的交线）上X轴方向的速度与德国汉堡大学的实验数据进行比较。从图中可以看，通过数值模拟计算的结果与德国汉堡大学实验的数据基本一致，进而表明本文所用的数学模型可行。Position Y(m)u(m/s)00.050.10.150.20.25-0.05-0.1-0.15-0.200.511.52-0.5-1-1.5ExperimentRealizable k-epsilon第3页/共26页成都市路口调查本次对成都市三环以内的十字路口进行了调
3、查，本次调查了鼓楼北三街与梓潼街十字路口（本文用X表示）。本次对成都市三环以内的T字路口进行了调查，本次调查了贝双街与贝森南路T字路口（本文用T表示）。本次对成都市三环以内的Y字路口进行了调查，本次调查了成华街、华路街和中和下街组成的Y字路口（本文用Y表示）。第4页/共26页十字路口几何模型的建立按照在成都市道路交叉口的实际调查，对实际模型必要的简化处理，创建物理模型。十字路口计算域尺寸为：长宽高=400m300m80m。十字路口东北（EN）方向的建筑群尺寸为：长宽高=50m50m14.4m；十字路口西北（WN）方向的建筑群尺寸为：长宽高=50m50m13m；十字路口西南（WS）方向的建筑群尺
4、寸为：长宽高=50m50m12m；十字路口东南（ES）方向的建筑群尺寸为：长宽高=50m50m16m。十字路口的街道宽度都为16m。第5页/共26页T字路口几何模型的建立按照在成都市道路交叉口的实际调查，对实际模型必要的简化处理，创建物理模型。T字路口计算域尺寸为：长宽高=400m300m80m。T字路口西北（WN）方向的建筑群尺寸为：长宽高=50m50m13m；T字路口西南（WS）方向的建筑群尺寸为：长宽高=50m50m16m；T字路口东（E）方向的建筑群尺寸为：长宽高=116m50m14.4m。T字路口的街道宽度都为16m。第6页/共26页Y字路口几何模型的建立按照在成都市道路交叉口的实际
5、调查，对实际模型必要的简化处理，创建物理模型。Y字路口计算域尺寸为：长宽高=400m300m80m。Y字路口东北（EN）方向的建筑群为六棱柱，棱边各为30m、30m、78.9m、78.9m、74.8m和74.8m，其高为15m；Y字路口西北（WN）方向的建筑群为六棱柱，棱边各为30m、30m、78.9m、78.9m、74.8m和74.8m，其高为15m；Y字路口南（S）方向的建筑群为四棱柱，棱边各为50m、42.4m、42.4m和8m，其高为15m；Y字路口的街道都为16m。第7页/共26页网格无关性验证本次对模型都采用结构化划分网格，十字道路交叉口模型的网格无关性验证分别选取四种不一样的网格
6、数量。在两个十字路口计算域中分别选取监测点A、监测点B、监测点C和监测点D。对于十字路口，当网格数量由74万增加到114万时，各个检测点的风速不再随网格数量的增加而存在明显的变化。第8页/共26页网格无关性验证本次对模型都采用结构化划分网格，T字道路交叉口模型的网格无关性验证分别选取四种不一样的网格数量。在T字路口计算域中分别选取监测点F、监测点G、监测点H和监测点L。对于T字路口，当网格数量由71万增加到111万时，各个检测点的风速不再随网格数量的增加而存在明显的变化。第9页/共26页网格无关性验证本次对模型都采用结构化划分网格，Y字道路交叉口模型的网格无关性验证分别选取四种不一样的网格数量
7、。在Y字路口计算域中分别选取监测点M、监测点O、监测点P和监测点Q。对于Y字路口，当网格数量由76万增加到110万时，各个检测点的风速不在随网格数量的增加而存在明显的变化。第10页/共26页网格划分结果图第11页/共26页十字路口的模拟本研究从来流风的风速和风向两个要素来分析来流风对十字路口的风场的影响，共分为9种工况。第12页/共26页十字路口的模拟工况XV1工况XV2工况XV3工况XV4工况XV5工况XV6从速度云图中可以看出来，十字路口风场中的最大速度位于与鼓楼北三街的来流风入口处。随着来流风的速度不断增加，十字路口中每个点的速度相应的增加，但是十字路口里的相对速度分布几乎不变。从不同风
8、速工况下的速度云图中，容易看出不同风速工况下在行人高度Z=1.6m处截面的风速均低于4m/s，结果表明该十字路口在一年中大多数时间处于舒适的风环境中。在软件计算结果里，截取各种风速工况下的行人高度Z=1.6m的剖面速度云图进行比较分析。第13页/共26页十字路口的模拟工况XV1工况XV2工况XV3工况XV4工况XV5工况XV6在软件计算结果里，截取各种风速工况下的行人高度Z=1.6m的流线图进行比较分析。从图中很容易看出风场分布不均匀，出现这样的原因是十字路口的周围的建筑物高度不一样高。对于该十字路口，容易在十字路口里的旋涡处集聚污染物、落叶和废弃物。行人在旋涡范围处，有很大概率吸入含有高浓度
9、污染物的空气。因此，建议鼓楼北三街和梓潼街的行人在经过图示四处旋涡处以最快的速度通过。第14页/共26页十字路口的模拟工况XD1工况XD2工况XD3工况XD1工况XD2工况XD3在软件计算结果里，截取各种风向工况下的行人高度Z=1.6m的流线图进行对比分析当风向为北风时，十字路口里存在4个旋涡；当风向为东北偏北风时，十字路口里存在5个旋涡；当来流风的风向为东北风时，十字路口中存在3个旋涡。东北风时，该十字路口污染物集聚点最少，有三个，有利于污染物的扩散。因此，建议在进行十字路口规划时，应尽量采取来流风风向与交叉口成45度的布局。第15页/共26页T字路口的模拟本研究从来流风的风速和风向两个要素
10、来分析来流风对T字路口的风场的影响，共分为9种工况。第16页/共26页T字路口的模拟工况TV1工况TV2工况TV3工况TV4工况TV5工况TV6在软件计算结果里，截取各种风速工况下的行人高度Z=1.6m的剖面速度云图进行比较分析。不同风速工况下的T字路口中最高速度都不超过4m/s，均能满足人们室外活动的舒适要求。从速度云图中，随着来流风的风速增加，不同工况下的最高速度也随之增加，但T字路口相对速度的分布相似。速度云图中，贝双街因受到建筑物的阻碍，而导致贝双街内部风速较低。当来流风为0.5m/s时，贝双街内最大风速不大于0.2m/s，不利于污染物的扩散。第17页/共26页T字路口的模拟在软件计算
11、结果里，截取各种风速工况下的行人高度Z=1.6m的流线图进行比较分析。随着风速的增加，T字路口周围的风场分布基本相似。在T字路口中存在三处旋涡，容易聚集污染物。行人长期接触高浓度污染物容易对他们的健康产生危害。因此，在T字路口的行人因以最快速度通过图示三处旋涡处。工况TV1工况TV2工况TV3工况TV4工况TV5工况TV6第18页/共26页T字路口的模拟工况TD1工况TD2工况TD3工况TD1工况TD2工况TD3在软件计算结果里，截取各种风向工况下的行人高度Z=1.6m的流线图进行比较分析。随着风向逐渐从北风变为东北风时，该T字路口中的旋涡逐渐变大，旋涡影响的范围也逐渐变大，不利于T字路口污染
12、物的扩散。为了减小T字路口中旋涡范围，建议在对T字路口规划时，应尽量采取来流风风向与交叉口成0度或180度的布局。第19页/共26页Y字路口的模拟本研究从来流风的风速和风向两个要素来分析来流风对Y字路口的风场的影响，共分为9种工况。第20页/共26页Y字路口的模拟工况YV1工况YV2工况YV3工况YV4工况YV5工况YV6在软件计算结果里，截取各种风速工况下的行人高度Z=1.6m的流线图进行比较分析。从图中可以看出，Y字路口里的风速均小于4m/s，一年中大多数时间都能满足人们室外活动的舒适要求；随着来流风速的增大，各街道的风速相应增大，空气通量也相应增大，有利于增强污染物扩散能力，但是其相对速
13、度分布基本相似。由于Y字路口周围建筑群平均高度一样，其相对风速分布比较对称。第21页/共26页Y字路口的模拟工况YV1工况YV2工况YV3工况YV4工况YV5工况YV6在软件计算结果里，截取各种风速工况下的行人高度Z=1.6m的流线图进行比较分析。从Y字路口的流线图可以看出，随着来流风速的增加，Y字路口周围的风场分布都基本相似。Y字路口里有6个旋涡，Y字路口中心、成华街左侧和华路街右侧容易集聚污染物。该Y字路口的行人应以最快速度通过污染物集聚处。第22页/共26页Y字路口的模拟工况YD1工况YD2工况YD3工况YD1工况YD2工况YD3在软件计算结果里，截取各种风向工况下的行人高度Z=1.6m
14、的流线图进行比较分析。随着风向从北风慢慢变为东北风时，Y字路口里面的旋涡数量逐渐减少。不管在哪三种成都市常见的风向情况下，成华街区内都会形成旋涡，不利于污染物的扩散。一年中，成华街区内污染物的扩散能力很低，因此，建议政府着重对此街道采取相应的措施来解决污染物难扩散的问题。第23页/共26页总结本文通过数值模拟方法对成都市三环以内的鼓楼北三街与梓潼街十字道路交叉口、贝双街与北森南路T字道路交叉口和由成华街、华路街与中和下街组成的Y字道路交叉口周围的风场进行分析。对比分析各类型道路交叉口在不同风速和风向下的风场分布，得出以下结论：1.在不同风速工况下，同类型交叉口的风场分布基本相似，但随着风速的增
15、加，道路交叉口中风速会相应的增加，其对应的各街道的空气通量也会增加，有利于污染物的扩散。2.成都市道路交叉口在一年中大多数时间都处于舒适的风环境中。3.建议在进行十字路口规划时，应尽量采取来流风风向与交叉口成45度的布局。4.建议在进行T字路口规划时，应尽量采取来流风风向与交叉口成0度或180度的布局。5.建议在进行Y字路口规划时，应尽量采取来流风风向与交叉口成45度的布局。6.在一年中，成都市的成华街区内大多时间都会存在旋涡。建议政府着重对成华街道采取相应的措施来解决污染物难扩散的问题。7.建议行人应以最快的速度通过这三个路口图示旋涡处，减少较高浓度污染物对人体危害的时间。第24页/共26页Thank You感谢老师指正风场道路交叉口风场分析n学校名称：西南石油大学n报告人：*第25页/共26页感谢您的观看！第26页/共26页