本文關(guān)鍵詞：基于相似理論的典型大氣邊界層流動的數(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)被越來越多的人應用于科學研究和工程應用。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,對計算機硬件設(shè)備要求也隨之增高,限制了配置一般的計算機對此技術(shù)的應用。因此,期望用相似理論推導出的縮尺模型代替原型進行數(shù)值,來達到減少計算網(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,國內(nèi)外學者在這個方面的研究很少。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,來驗證基于中性大氣流動的背景條件下住宅小區(qū)風環(huán)境的相似模擬的可行性和考慮對流傳熱和傳導傳熱的情況下住宅小區(qū)風熱環(huán)境的相似模擬的可行性。本課題根據(jù)相似理論推導出了以上兩種條件下相應的相似準則；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則相等,設(shè)計出了縮尺模型的理想介質(zhì)物理屬性和邊界條件；對足尺模型和縮尺模型的模擬結(jié)果進行了無量綱化,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的背景條件下：a)利用相似理論推導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道上吻合最好；d)風速相對風壓系數(shù)更容易出現(xiàn)較大的誤差；e)風壓系數(shù)的相對誤差不超過20%。(2)在考慮對流傳熱和傳導傳熱的情況下：a)利用相似理論推導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區(qū)和建筑物左側(cè)面區(qū)：c)溫度相對誤差較大對風速的影響很大并且范圍較廣；d)風壓系數(shù)的相對誤差不超過20%。
【關(guān)鍵詞】：相似理論 縮尺模型 數(shù)值模擬 相似準則 住宅小區(qū)
【學位授予單位】：廣東工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：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 城市微氣候的研究內(nèi)容16-17
• 1.4 課題來源及研究內(nèi)容17-20
• 第二章 相似理論基礎(chǔ)知識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)和時間相似20-21
• 2.1.3 物理量的相似21-22
• 2.1.4 相似準則與相似指標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)風熱環(huán)境數(shù)值模擬方法26-41
• 3.1 流體與流動的基本特征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 標準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)值模擬方法的驗證36-41
• 3.5.1 概述36
• 3.5.2 計算域的確定和網(wǎng)格的劃分36-38
• 3.5.3 邊界條件38
• 3.5.4 模擬結(jié)果對比分析38-40
• 3.5.6 結(jié)論40-41
• 第四章 基于中性大氣流動的住宅小區(qū)風環(huán)境相似模擬41-67
• 4.1 相似準則數(shù)的推導41-42
• 4.2 分析模型的建立42-43
• 4.3 工況設(shè)計43
• 4.4 計算域的確定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)風熱環(huán)境的相似模擬67-98
• 5.1 相似準則數(shù)的推導67-69
• 5.2 工況設(shè)計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100-105
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表的論文105-106
• 致謝106

【參考文獻】

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本文編號：522710