【摘要】：我國的城市化進(jìn)程日新月異,隨之而來的諸如熱島效應(yīng)、城市高溫化、降水增加、霧霾天氣等問題也日益突出。城市獨(dú)特的非均一化建筑群形態(tài)結(jié)構(gòu)對(duì)風(fēng)的阻礙和擾動(dòng)是城市局地風(fēng)環(huán)境的重要成因,是造成城市熱環(huán)境區(qū)別于自然環(huán)境的根本。準(zhǔn)確測算城市建筑群對(duì)風(fēng)的衰減作用,可以為熱島效應(yīng)評(píng)估、城市氣象預(yù)報(bào)、建筑外環(huán)境優(yōu)化等研究提供技術(shù)支持。但因真實(shí)城市建筑群極端復(fù)雜的非均一性,鮮有深入研究成果,尤其缺乏系統(tǒng)和定量化的研究。本文首先從城市非均一建筑群形態(tài)角度出發(fā),通過深入的理論探討及廣泛的跨學(xué)科調(diào)研,建立了表達(dá)城市建筑群非均一性形態(tài)特征的參數(shù)化方案。其中,首次提出了非均一建筑群的風(fēng)廊道指數(shù),融合了路網(wǎng)對(duì)建筑群布局的分辨能力,形成了有效描述建筑群布局和流動(dòng)阻力的參數(shù)化方法。進(jìn)一步通過精細(xì)的數(shù)值模擬手段對(duì)簡單建筑群影響的廊道風(fēng)流動(dòng)機(jī)理進(jìn)行研究,深入探討建筑群局地流場的形成機(jī)制,提出了基于形態(tài)特征的流量系數(shù),得到形式簡單的經(jīng)驗(yàn)公式,可以用來描述流量比率與建筑寬度、長度、布局夾角的關(guān)系,并得到良好的驗(yàn)證結(jié)果。同時(shí),對(duì)廊道風(fēng)的研究結(jié)果認(rèn)為其形成機(jī)理是風(fēng)阻效應(yīng)形成的角隅剪切流的疊加,且最小過流斷面是決定廊道風(fēng)流場形態(tài)的關(guān)鍵因素;認(rèn)為文丘里效應(yīng)可能不適用于建筑群廊道風(fēng)此類非受限流動(dòng);指出廊道建筑的風(fēng)阻效應(yīng)內(nèi)在機(jī)理是拖曳作用和繞流流動(dòng)耦合的結(jié)果,其中拖曳作用主要取決于迎風(fēng)面積,兩者幾乎是直接的負(fù)相關(guān)。其次,利用大型邊界層風(fēng)洞實(shí)驗(yàn),對(duì)所關(guān)注的形態(tài)參數(shù)影響流動(dòng)及拖曳作用的特性進(jìn)行了研究�？傮w分析結(jié)果指出實(shí)驗(yàn)的測試工況具備Re無關(guān)性,且空間平均風(fēng)速測量有一定的空間測點(diǎn)位置無關(guān)性;不同形態(tài)參數(shù)對(duì)流動(dòng)的影響和所受拖曳作用差異明顯,不同指導(dǎo)風(fēng)速下同一建筑群中各建筑表面風(fēng)壓差分布和所受拖曳作用分布趨勢不變。實(shí)驗(yàn)深入考察了建筑群中建筑物單體拖曳作用的分布規(guī)律,及其對(duì)整體拖曳作用的貢獻(xiàn)。建立了一種非介入式建筑群整體拖曳力測量的方法,基于整體建筑群中少數(shù)幾個(gè)建筑的表面壓力測量結(jié)果,對(duì)由實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析得到的統(tǒng)一的分布曲線進(jìn)行擬合,并由此估算整體拖曳力系數(shù)。此方法有可能實(shí)現(xiàn)對(duì)真實(shí)建筑群整體拖曳力系數(shù)的測量。同時(shí),實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明單體建筑拖曳作用分布規(guī)律顯著,迎風(fēng)面第一行建筑后拖曳力系數(shù)迅速衰減;來流風(fēng)速和建筑單體形狀決定了迎風(fēng)第一個(gè)模塊的拖曳作用強(qiáng)度,建筑群整體形態(tài)特征決定單體拖曳力系數(shù)沿風(fēng)向的分布趨勢。最后,對(duì)形狀指數(shù)和風(fēng)廊道指數(shù)影響風(fēng)的流動(dòng)特性作深入分析,指出建筑形狀對(duì)于流過空氣的影響較小,圓形建筑因有類似導(dǎo)流效果拖曳作用最小;建筑布局變化對(duì)流動(dòng)的影響較形狀更顯著。進(jìn)一步結(jié)合前述機(jī)理研究,綜合考慮迎風(fēng)面積指數(shù)、平面面積指數(shù)、形狀指數(shù)、風(fēng)廊道指數(shù)對(duì)拖曳力系數(shù)的影響,分析得到統(tǒng)一的擬合曲線。最終建立了可以由非均一建筑群幾何形態(tài)特征直接導(dǎo)出其拖曳力系數(shù)的參數(shù)化模型。同時(shí),修正理論推導(dǎo)并結(jié)合相應(yīng)的參數(shù)化方法,改進(jìn)了可以考慮建筑群非均一性影響的粗糙特性模型。本論文研究成果可以更好地評(píng)價(jià)非均一城市建筑群的拖曳力作用,從而可能為城市局地風(fēng)環(huán)境、污染擴(kuò)散研究,以及由城市區(qū)域熱環(huán)境層面探討綠色建筑設(shè)計(jì)、生態(tài)城市規(guī)劃的方法提供理論和技術(shù)支持。
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【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TU984;TU119
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本文編號(hào)：2444662