本文關(guān)鍵詞：基于相似理論的典型大氣邊界層流動(dòng)的數(shù)值模擬研究

  更多相關(guān)文章： 相似理論 縮尺模型 數(shù)值模擬 相似準(zhǔn)則 住宅小區(qū)

【摘要】：隨著CFD技術(shù)的不斷發(fā)展和完善,城市微氣候的數(shù)值模擬技術(shù)被越來越多的人應(yīng)用于科學(xué)研究和工程應(yīng)用。城市微氣候的研究區(qū)域從小的街區(qū)尺度到大的城市尺度,需要的網(wǎng)格數(shù)量越來越多,對(duì)計(jì)算機(jī)硬件設(shè)備要求也隨之增高,限制了配置一般的計(jì)算機(jī)對(duì)此技術(shù)的應(yīng)用。因此,期望用相似理論推導(dǎo)出的縮尺模型代替原型進(jìn)行數(shù)值,來達(dá)到減少計(jì)算網(wǎng)格數(shù)量的目的,并其得出的模擬結(jié)果能還原到原型。目前,國(guó)內(nèi)外學(xué)者在這個(gè)方面的研究很少。本課題以相似理論為理論基礎(chǔ),用基于Fluent軟件和SST k-ω湍流模型的數(shù)值模擬方法,來驗(yàn)證基于中性大氣流動(dòng)的背景條件下住宅小區(qū)風(fēng)環(huán)境的相似模擬的可行性和考慮對(duì)流傳熱和傳導(dǎo)傳熱的情況下住宅小區(qū)風(fēng)熱環(huán)境的相似模擬的可行性。本課題根據(jù)相似理論推導(dǎo)出了以上兩種條件下相應(yīng)的相似準(zhǔn)則；以住宅小區(qū)為原型,根據(jù)足尺模型與縮尺模型的相似準(zhǔn)則相等,設(shè)計(jì)出了縮尺模型的理想介質(zhì)物理屬性和邊界條件；對(duì)足尺模型和縮尺模型的模擬結(jié)果進(jìn)行了無量綱化,并做了定性和定量分析。得出的結(jié)論有：(1)在基于中性大氣流動(dòng)的背景條件下：a)利用相似理論推導(dǎo)出的縮尺模型的無量綱化模擬結(jié)果與足尺模型的無量綱化模擬結(jié)果基本吻合,也就是說由相似理論推導(dǎo)出的縮尺模型的模擬結(jié)果來還原原型的想法是可行的；并達(dá)到縮尺模型網(wǎng)格數(shù)量比足尺模型的有所減少的期望目的；b)縮尺模型與足尺模型的無量綱化結(jié)果存在較大的誤差的區(qū)域主要在前后建筑之間的區(qū)域;c)縮尺模型與足尺模型在順風(fēng)道上吻合最好；d)風(fēng)速相對(duì)風(fēng)壓系數(shù)更容易出現(xiàn)較大的誤差；e)風(fēng)壓系數(shù)的相對(duì)誤差不超過20%。(2)在考慮對(duì)流傳熱和傳導(dǎo)傳熱的情況下：a)利用相似理論推導(dǎo)出的縮尺模型的無量綱化模擬結(jié)果與足尺模型的無量綱化模擬結(jié)果基本吻合,也就是說由相似理論推導(dǎo)出的縮尺模型的模擬結(jié)果來還原原型的想法是可行的；并達(dá)到縮尺模型比足尺模型網(wǎng)格數(shù)量減少的期望目的；b)縮尺模型與足尺模型的無量綱化結(jié)果存在較大的誤差的區(qū)域主要在建筑物背風(fēng)區(qū)和建筑物左側(cè)面區(qū)：c)溫度相對(duì)誤差較大對(duì)風(fēng)速的影響很大并且范圍較廣；d)風(fēng)壓系數(shù)的相對(duì)誤差不超過20%。
【關(guān)鍵詞】：相似理論 縮尺模型 數(shù)值模擬 相似準(zhǔn)則 住宅小區(qū)
【學(xué)位授予單位】：廣東工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TU119;TU312
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-13
• 第一章 緒論13-20
• 1.1 研究背景13-14
• 1.2 研究意義14-15
• 1.3 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及分析15-17
• 1.3.1 微氣候的研究方法15-16
• 1.3.2 城市微氣候的研究?jī)?nèi)容16-17
• 1.4 課題來源及研究?jī)?nèi)容17-20
• 第二章 相似理論基礎(chǔ)知識(shí)20-26
• 2.1 現(xiàn)象相似20-24
• 2.1.1 相似常數(shù)和相似定數(shù)20
• 2.1.2 幾何相似(空間相似)和時(shí)間相似20-21
• 2.1.3 物理量的相似21-22
• 2.1.4 相似準(zhǔn)則與相似指標(biāo)22-24
• 2.2 相似三定理24-26
• 2.2.1 相似第一定理24-25
• 2.2.2 相似第二定理25
• 2.2.3 相似第三定理25-26
• 第三章 居住小區(qū)風(fēng)熱環(huán)境數(shù)值模擬方法26-41
• 3.1 流體與流動(dòng)的基本特征26-28
• 3.1.1 黏性流體與理想流體26
• 3.1.2 牛頓流體與非牛頓流體26-27
• 3.1.3 可壓流體與不可壓流體27
• 3.1.4 定常流與非定常流27-28
• 3.1.5 層流與湍流28
• 3.2 流體流動(dòng)的控制方程組28-30
• 3.3 湍流的數(shù)值模擬方法30-35
• 3.3.1 直接數(shù)值模擬方法30
• 3.3.2 大渦模擬方法30-31
• 3.3.3 Reynolds平均法(RANS)31-32
• 3.3.4 零方程模型與一方程模型32
• 3.3.5 標(biāo)準(zhǔn)k-ε模型32-33
• 3.3.6 k-ω模型33-35
• 3.4 控制方程的離散和求解方法35-36
• 3.4.1 網(wǎng)格的劃分35
• 3.4.2 控制方程的離散35-36
• 3.5 數(shù)值模擬方法的驗(yàn)證36-41
• 3.5.1 概述36
• 3.5.2 計(jì)算域的確定和網(wǎng)格的劃分36-38
• 3.5.3 邊界條件38
• 3.5.4 模擬結(jié)果對(duì)比分析38-40
• 3.5.6 結(jié)論40-41
• 第四章 基于中性大氣流動(dòng)的住宅小區(qū)風(fēng)環(huán)境相似模擬41-67
• 4.1 相似準(zhǔn)則數(shù)的推導(dǎo)41-42
• 4.2 分析模型的建立42-43
• 4.3 工況設(shè)計(jì)43
• 4.4 計(jì)算域的確定43-44
• 4.5 網(wǎng)格劃分44-46
• 4.6 邊界條件設(shè)置46
• 4.7 求解控制參數(shù)設(shè)定和收斂控制設(shè)置及結(jié)果46-47
• 4.8 模擬結(jié)果與分析47-65
• 4.8.1 模擬結(jié)果的定性分析48-52
• 4.8.2 模擬結(jié)果的定量分析52-65
• 4.9 本章小結(jié)65-67
• 第五章 考慮浮力影響的住宅小區(qū)風(fēng)熱環(huán)境的相似模擬67-98
• 5.1 相似準(zhǔn)則數(shù)的推導(dǎo)67-69
• 5.2 工況設(shè)計(jì)69-70
• 5.3 網(wǎng)格劃分70-71
• 5.4 邊界條件設(shè)置71-72
• 5.5 求解控制和收斂控制及結(jié)果72-73
• 5.6 模擬結(jié)果與分析73-97
• 5.6.1 模擬結(jié)果的定性分析74-78
• 5.6.2 模擬結(jié)果的定量分析78-97
• 5.7 本章小結(jié)97-98
• 結(jié)論與展望98-100
• 本文主要結(jié)論98
• 存在的問題及展望98-100
• 參考文獻(xiàn)100-105
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文105-106
• 致謝106

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：522710