【摘要】：隨著城市化進(jìn)程的加快,預(yù)計(jì)到2050年全球約66%的人口將居住在城市,城市街道峽谷內(nèi)部空氣質(zhì)量與人類健康密切相關(guān),近年來有部分學(xué)者從空氣動力學(xué)角度指出:用樹木來緩解街道峽谷內(nèi)空氣污染的措施并不可行。本文依據(jù)微尺度氣象模型質(zhì)量保證與改進(jìn)行動計(jì)劃(COSTAction732)最佳實(shí)踐指南、日本建筑學(xué)會(AIJ,Architectural Institute of Japan)CFD模擬建筑物周圍行人風(fēng)環(huán)境的實(shí)施指南、住宅設(shè)計(jì)規(guī)范(GB50096-2011)、民用建筑設(shè)計(jì)通則(GB50352-2005)和現(xiàn)實(shí)生活中行道樹的株距確定數(shù)值模擬的邊界條件和相關(guān)參數(shù)設(shè)置,設(shè)計(jì)了深淺街谷內(nèi)種植疏密不同的樹木綠化方案,開展了樹木空間布局的疏密性和均勻性對典型街谷(以街谷高寬比H/W表示)內(nèi)氣流流動的CFD模擬,著重分析了不同樹木綠化措施對行人呼吸高度氣流的影響。主要成果如下:(1)樹木對街谷內(nèi)氣流的影響總體呈現(xiàn)減弱作用,分別為:樹木減弱了街谷兩端隨角渦滲入街谷內(nèi)部的氣流,迎風(fēng)側(cè)屋頂下沉滲入街谷內(nèi)部的氣流和迎風(fēng)建筑物背風(fēng)側(cè)回流而滲入街谷內(nèi)部的氣流。此外,樹木還減弱了淺街谷(H/W2)中部由迎風(fēng)側(cè)流向背風(fēng)側(cè)的氣流,以及深街谷(H/W≥2)兩端傾斜下沉到達(dá)樹冠底部的氣流。CFD計(jì)算結(jié)果表明:淺街谷內(nèi)隨樹木株距的減小,街谷兩端和中部氣流流速逐漸降低;深街谷內(nèi)樹冠底部氣流流速降低。(2)均勻植樹的典型街谷,隨著H/W的增加,樹木對氣流的影響呈現(xiàn)由阻礙作用向促進(jìn)作用轉(zhuǎn)變的趨勢。建議采用較寬間距的樹木種植方案,如株距20米;均勻種樹使得行人呼吸面氣流平均相對強(qiáng)度,隨H/W的增大,從減弱5～10%到增強(qiáng)7～18%。(3)均勻樹木種植下,行人呼吸面氣流平均相對強(qiáng)度Sxrhx、迎風(fēng)面/背風(fēng)面氣流平均相對強(qiáng)度Syfm/Sbfm和樹木占街谷相對體積Vo之間存在線性相關(guān)關(guān)系。Vo與Sxrhx呈負(fù)相關(guān),即樹木種植越密集對行人呼吸面氣流阻礙作用越明顯。(4)非均勻植樹的典型街谷,在不同幾何尺寸街谷內(nèi)由于樹木增強(qiáng)湍流的空間分布差異,樹木空間配置對典型平面氣流的影響變得非常敏感,需要結(jié)合具體的街谷幾何形態(tài)和樹木種植空間配置進(jìn)一步測試樹木種植方案對氣流的影響。本文模擬并分析了均勻和非均勻樹木種植對典型街谷幾何內(nèi)氣流的影響,研究結(jié)果可為城市規(guī)劃中確定樹木種植策略提供參考。然而,街谷內(nèi)的氣流運(yùn)動還受到太陽輻射引起熱對流,真實(shí)城市建筑高低錯(cuò)落布局,汽車停放障礙物等因素影響,后續(xù)將開展相關(guān)方面的研究。
【圖文】：

連續(xù)的物理量的場，如速度場和壓力場，用一系列有限個(gè)離散點(diǎn)上的變量值的集逡逑合來代替，，通過一定的原則和方式建立起關(guān)于這些離散點(diǎn)上場變量之間關(guān)系的代逡逑數(shù)方程組，求解代數(shù)方程組獲得場變量的近似值［６Ｍ３］。圖２＿１展示ＣＦＤ具體工逡逑作流程。逡逑＇邋建立控制方程￣￣逡逑士邋＊逡逑確定初始條件和邊界條件逡逑士逡逑劃分計(jì)算網(wǎng)格，生成計(jì)算節(jié)點(diǎn)逡逑ｓ邐｜邐建立離散方程邋｜逡逑離散初始條件和邊界條件｜逡逑給定求解控制參ｑ逡逑￣邋士邐￣￣逡逑求解離散方程｜逡逑否逡逑顯示和輸出計(jì)算結(jié)果逡逑圖２－１邋ＣＦＤ工作流程圖逡逑１０逡逑

描述了通過在動量方程中添加附加源項(xiàng)來表達(dá)樹木對氣流影響的方法。逡逑１）樹木的表達(dá)逡逑現(xiàn)實(shí)世界中的樹木有各種形狀，如圖２－３所示，（ａ）、Ｃｂ）和（ｃ）分別為現(xiàn)逡逑實(shí)世界中的榕樹、香樟和柳樹三種樹木。由圖可知，樹木由枝、干和葉組成，因逡逑樹木的樹冠具有很大孔隙率且孔之間互通故可將樹木作為均勻多孔介質(zhì)處理。采逡逑用孔體積率尸ｖ。／邋（樹木的葉和干占據(jù)體積與總樹木占據(jù)體積之比）來代表樹木面逡逑積密度。逡逑（ａ）榕樹邐（ｂ）香樟邐（ｃ）柳樹逡逑圖２－３現(xiàn)實(shí)世界中樹木逡逑本文懫用Ｇｒｏｍｋｅ等提出的植被建模概念，運(yùn)用附加源項(xiàng)法表達(dá)多孔介質(zhì)對逡逑氣流的影響［６９］。樹木的空氣動力特征描述為壓力損失系數(shù)１邋（ｍ－１），強(qiáng)制流動條逡逑件下公式為：邐《逡逑１邋＿邋ｓｌａｔ邋＿邋Ｐｗｉｎｄｗａｒｄ邋Ｐｌｅｅｗａｒｄ邐，ｉ邋ｉ、，＿邋．邋＿、逡逑（ｍＷｄ邐公式（２－１０）逡逑式中，ＡｐｓＩａ，為多孔障礙的迎風(fēng)面和背風(fēng)面的靜態(tài)壓力差，／７＋？為動壓，Ｗ為逡逑平均流動速度，Ｊ為沿流動方向多孔介質(zhì)的厚度。真正落葉樹的Ｐｖ。／范圍從逡逑９６￣９７．５％，孔體積率八。／邋＝邋９６％邋（密集填充）代表低冠孔隙率，對應(yīng)／＾ＳＯＯｒｎ－１。逡逑多孔介質(zhì)模型表達(dá)為在標(biāo)準(zhǔn)動量方程后添加一個(gè)動量源項(xiàng)
【學(xué)位授予單位】：福州大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TU119;S688

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