壁面受热位置对非均匀街谷内流动的影响研究.pdf
《壁面受热位置对非均匀街谷内流动的影响研究.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《壁面受热位置对非均匀街谷内流动的影响研究.pdf(9页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、第 卷 第 期邵阳学院学报(自然科学版).年 月 ().文章编号:()壁面受热位置对非均匀街谷内流动的影响研究赵福云高菡文雅冰黄志荣(湖南工业大学 土木工程学院湖南 株洲)摘 要:为探讨弱风条件下街谷壁面受热位置给不对称街区的内部流动及扩散造成的影响对具有不稳定热分层效应的非均匀街谷进行了数值模拟研究 探讨了 种街谷壁面受热位置对非均匀城市街区通风换气特性与远场气态污染物扩散规律的影响 结果表明壁面受热位置的改变会显著影响街谷内的气流形态与污染物分布街谷壁面的热效应可以促进街谷内部的通风换气能力在非均匀街谷内远场污染物扩散路径的影响要大于气流特性的影响上阶梯型街谷的大气弥散因子显然高于下阶梯型
2、街谷关键词:非均匀街谷壁面受热位置数值模拟通风换气远场污染物扩散中图分类号:文献标志码:():.().:收稿日期:基金项目:国家自然科学基金()湖南省重点研发计划()作者简介:赵福云男教授博士主要从事建筑通风、城市通风以及计算流体力学相关研究:.邵阳学院学报(自然科学版)第 卷在城市地区建筑物表面由大量混凝土和沥青等具有低反射率和低比热容特性的物质所组成 在太阳光的辐射下城市建筑物的表面容易被加热至高温状态导致建筑物壁面附近的空气与周围空气存在一定的温度差从而使得建筑物表面产生向上的热浮升力在弱风天气下自然风来流与壁面热浮升力的强度相当两者相互作用在城市街谷内会形成较为复杂的气流形态 在上述情
3、形下城市气流同时受到自然风来流(风压驱动力)与壁面热浮升力(热压驱动力)的共同影响建筑物表面的热效应会明显改变街谷内的气流结构此外由于城市建筑物的朝向和太阳辐射角的变化在不同的时间段太阳光辐射对城市建筑物表面的加热作用具有一定的时空变化 由此太阳光辐射对建筑物不同表面的加热情况不同见图 因此城市街谷不同区域处的热效应有明显的差异性 相关文献已经表明不同建筑物壁面受热时城市街谷内的流动状态差异显著且还会对街谷内污染物的迁移扩散产生协同作用或对抗作用 模型与方法.物理模型与计算域假定三维城市街谷在与自然风来流相垂直的方向上(方向)为无限长可将三维街谷简化成二维街谷且其数值模拟结果仍可以代表真实的三
4、维街谷 理想化的二维非均匀城市街区模型见图 图 中二维城市街区由 个高低不等的建筑物组成其中相邻建筑物的高度分别为(较矮建筑物)和(较高建筑物)建筑物宽度为 街谷宽度也为 自然风来流方向与城市街谷相垂直且从左至右依次流经城市街区图 不同时间段太阳光辐射对城市街谷的影响.图 非均匀城市街区的几何示意图.计算域的几何尺寸见图 在二维计算域中所有建筑物都放置在剪切层以下 为了促进计算域核心区域处湍流的充分发展在城市街区与入流、出流边界之间分别设置适当的长度 、同时为保证自然风来流不受外边界层边界条件的影响计算域的垂直高度设置为 本文所考虑的远场气态污染源位于城市街区的上游区域且距离第一幢建筑迎风侧的
5、水平距离为 .数学模型数值计算中假设流动状态为不可压缩的定常流动 采用雷诺平均纳维斯托克斯()方程以及重正化群()湍流模型来求解非等温湍流场 此外利用 近似来计算空气温度变化引起的热浮力效应 控制方程如下所示:第 期赵福云高菡文雅冰黄志荣:壁面受热位置对非均匀街谷内流动的影响研究 图 计算域的几何尺寸.()()()()()()()式中:为速度张量为笛卡尔坐标为压力为湍流黏度和分别为通过时均流动与湍流传递的附加热量在本研究中假设气态污染物从城市街区上游释放气态污染物氡的大气输运方程如下所示:()()()式中:为氡在空气中的时均浓度 为氡在空气中的对流速度 为氡的扩散系数 为源项 为衰变常量取值.
6、/为雨水冲刷系数取值./为重力沉降率取值./在 湍流模型中湍动能 和耗散率 的输运方程如下所示:()()()()/()()()()()式中:和 分别为 和 的有效普朗特数的倒数./.邵阳学院学报(自然科学版)第 卷采用无量纲理查森数 来表示不稳定热分层的强度其数学表达式如下:()式中:为格拉晓夫数表示热浮力的强度 为雷诺数表示机械剪切风力的强度 为重力加速度 为参考高度处的水平速度取值./为地面和环境空气之间的温差 为街谷内的平均空气温度.边界条件根据 指南对出口边界施加充分发展的自由出流边界()顶部采用对称边界()来实现平行流动 建筑壁面以及地面采用无滑移固体边界且使用增强壁面处理 远场气态
7、污染物的释放采用质量流率入口()大小为./计算域入口使用沿垂直方向变化的对数律梯度风廓线 所有控制方程均通过有限体积法进行离散化采用 算法来对压力速度方程解耦 控制方程中的对流项均采用二阶迎风格式 当每个方程的残差因子均小于 时可认为数值模拟达到收敛.模型验证为了验证本研究数值模型方法的可行性与准确性根据日本国家环境研究所进行的风洞实验建立了相似几何街谷模型(风洞实验中采用的是建筑等高的街谷模型)并根据实验条件设置了相应的数值边界条件且在整体理查森数 .时进行数值模拟计算沿目标街谷垂直中心线的归一化水平速度和归一化温度见图 总体而言数值模型能够较好地预测风洞实验中/和()/()的变化趋势两者吻
8、合较好 然而数值结果与风洞实验之间仍然存在细小偏差这种偏差可能是物理模型的差异所导致的 在风洞实验中 等使用的是三维短街谷模型而在数值计算中则采用的是无限长的二维街谷模型 此外还将本研究的数值结果与 等的数值结果进行了对比发现本文所采用的 湍流模型的预测结果要优于文献的大涡模型说明本数值模型方法能较好的保证后续数值模拟的可靠性和准确性图 数值模拟与实验值的比较.结果与讨论第 期赵福云高菡文雅冰黄志荣:壁面受热位置对非均匀街谷内流动的影响研究 .街谷气流结构与污染物分布图 显示了街谷不同壁面受热位置时的流动结构与无量纲污染物浓度 数值结果表明街谷壁面受热位置的改变会显著改变街谷内的流动结构从而影
9、响污染物的空间分布 与无壁面受热的情况相比当街谷迎风壁面受热时壁面处的热浮升力会增强下阶梯型街谷下部的反向涡流的流动使得反向涡流向右上方拓展且变大 在上阶梯型街谷内气流形态有更为明显的改变由原来的单涡结构演变成了两种气流结构 靠近背风侧为较小的正向旋涡而在街谷迎风侧为较强的下洗气流 在这种气流结构下可以观察到上阶梯型街谷内存在较高的污染物浓度 但在这种街谷壁面受热方式下下阶梯型街谷内的气流形态无明显变化仍与无壁面受热时的情形类似当街谷背风侧受热时壁面处的热浮升力可以增强下阶梯型街谷上部的流动从而削弱了下部区域的涡流 从而使得上部涡流向下延伸造成了下阶梯型街谷内有更高的污染物分布 其次上阶梯型街
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 受热 位置 均匀 内流 影响 研究
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【自信****多点】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【自信****多点】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。