建筑風(fēng)場(chǎng)任意六面體同位網(wǎng)格系統(tǒng)的數(shù)值模擬.pdf

1、建筑風(fēng)場(chǎng)數(shù)值模擬方法由于具有計(jì)算效率高、計(jì)算結(jié)果處理方便及費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)，得到了廣泛的重視和深入的研究。建筑風(fēng)場(chǎng)數(shù)值模擬的成果，其準(zhǔn)確性不僅和采用的湍流模型有關(guān)，更重要的還和采用的網(wǎng)格系統(tǒng)以及采用的數(shù)值計(jì)算方法與網(wǎng)格系統(tǒng)的適應(yīng)性有關(guān)。隨著作為研究對(duì)象的建筑物的外形復(fù)雜程度的提高，以及多個(gè)建筑物相互影響問(wèn)題的出現(xiàn)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者越來(lái)越注重網(wǎng)格生成技術(shù)的研究。 在目前的建筑風(fēng)場(chǎng)數(shù)值模擬現(xiàn)狀中，結(jié)構(gòu)化直角坐標(biāo)網(wǎng)格、貼體坐標(biāo)網(wǎng)格和非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格都

2、得到不同程度的應(yīng)用，但是這三種網(wǎng)格有各自的優(yōu)勢(shì)也有很明顯的限制。吸取結(jié)構(gòu)化直角坐標(biāo)網(wǎng)格、貼體坐標(biāo)網(wǎng)格和非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格等三種網(wǎng)格形式的優(yōu)點(diǎn)，切合建筑風(fēng)場(chǎng)問(wèn)題的自身特點(diǎn)，建立起一套普遍適用于各種規(guī)則與不規(guī)則建筑體型的有效的網(wǎng)格生成和數(shù)值模擬方法，對(duì)建筑風(fēng)場(chǎng)數(shù)值模擬的研究有重要意義。 首先，本文首次提出并自動(dòng)生成了任意六面體同位網(wǎng)格系統(tǒng)，對(duì)于多數(shù)建筑風(fēng)場(chǎng)數(shù)值模擬區(qū)域通常還是有規(guī)則的，可以視為多個(gè)初始六面體網(wǎng)格的組成或者最大限度的擬合，采用

3、與結(jié)構(gòu)化直角坐標(biāo)網(wǎng)格同樣的排序?qū)ζ溥M(jìn)行編號(hào)，根據(jù)控制網(wǎng)格的尺度要求對(duì)初始六面體網(wǎng)格進(jìn)行離散劃分，最終生成建筑風(fēng)場(chǎng)數(shù)值模擬通用的任意六面體同位網(wǎng)格系統(tǒng)。該網(wǎng)格系統(tǒng)既保持了結(jié)構(gòu)性網(wǎng)格的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、列式簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，又能如非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格一樣真實(shí)反映復(fù)雜邊界，網(wǎng)格系統(tǒng)的生成和調(diào)整簡(jiǎn)單而有效，能適合各種規(guī)則與不規(guī)則建筑體型的建筑風(fēng)場(chǎng)數(shù)值模擬區(qū)域的網(wǎng)格生成。其次，本文針對(duì)任意六面體同位網(wǎng)格系統(tǒng)，采用有限體積法建立了控制方程的離散方式，以顯式方式對(duì)網(wǎng)格非正交

4、性和兩相鄰單元錯(cuò)位進(jìn)行了修正，給出了與網(wǎng)格系統(tǒng)相適應(yīng)的壓力校正方程，建立了通用的SIMPLE算法，形成了一套適合建筑風(fēng)場(chǎng)的任意六面體同位網(wǎng)格系統(tǒng)的數(shù)值模擬方法，迄今在國(guó)內(nèi)外尚未見(jiàn)有關(guān)上述模式在建筑風(fēng)場(chǎng)數(shù)值模擬中的研究工作的報(bào)道。基于上述工作編制了通用的建筑風(fēng)場(chǎng)數(shù)值模擬程序WSB。程序采用FORTRAN語(yǔ)言和MATLAB語(yǔ)言編制，可實(shí)現(xiàn)單體和群體建筑風(fēng)場(chǎng)的數(shù)值模擬。 再次，應(yīng)用開(kāi)發(fā)的WSB程序和任意六面體同位網(wǎng)格系統(tǒng)，對(duì)雙坡屋面建

5、筑進(jìn)行了風(fēng)場(chǎng)模擬，數(shù)值模擬結(jié)果分別和正立方體網(wǎng)格系統(tǒng)的數(shù)值模擬結(jié)果以及風(fēng)洞試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了比較；也對(duì)抗臺(tái)風(fēng)試點(diǎn)雙坡挑檐低層建筑的風(fēng)場(chǎng)進(jìn)行模擬計(jì)算，數(shù)值模擬結(jié)果與非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格系統(tǒng)的數(shù)值模擬結(jié)果和風(fēng)洞試驗(yàn)結(jié)果的進(jìn)行了比較。這些數(shù)值模擬結(jié)果表明，程序WSB的網(wǎng)格生成、方程離散和算法實(shí)現(xiàn)是正確和有效的，任意六面體同位網(wǎng)格系統(tǒng)與其他網(wǎng)格系統(tǒng)相比較，其建筑風(fēng)場(chǎng)數(shù)值模擬更為準(zhǔn)確和快捷。 最后，針對(duì)目前兩個(gè)或多個(gè)建筑間的風(fēng)致干擾研究往往采用相同的建