建筑风场任意六面体同位网格系统的数值模拟.pdf

内容摘要建筑风场数值模拟方法山于具有汁算效率高、计算结果处理方便及费用低等优点，得到了广泛的重视和深入的研究建筑风场数值模拟的成果，其准确性不仅和采用的湍流模型有关，更重要的还和采用的网格系统以及采用的数值计算方法与网格系统的适应性有关随着作为研究对象的建筑物的外形复杂程度的提高，以及多个建筑物相互影响问题的出现，国内外学者越来越注重网格生成技术的研究在目前的建筑风场数值模拟现状中，结构化直角坐标网格、贴体坐标网格和非结构网格都得到不同程度的应用，但是这三种网格有各自的优势电有很明显的限制吸取结构化直角坐标网格、贴体坐标网格和非结构网格等三种网格形式的优点，切合建筑风场问题的自身特点，建立起一套普遍适用于各种规则与小规则建筑体型的有效的网格生成和数值模拟方法，对建筑风场数值模拟的研究有重要意义首先，本文首次提出并自动生成了任意六面体同位网格系统，对于多数建筑风场数值模拟区域通常还是有规则的，可以视为多个初始六面体网格的组成或者最大限度的拟合，采用与结构化直角坐标网格同样的排序对其进行编号，根据控制网格的尺度要求对初始六面体网格进行离散划分，最终生成建筑风场数值模拟通用的任意六面体同位网格系统。

该网格系统既保持了结构性网格的数据结构、列式简单的特点，又能如非结构网格一样真实反映复杂边界，网格系统的生成和调整简单而有效，能适合各种规则与不规则建筑体型的建筑风场数值模拟区域的网格生成其次，本文针对任意六面体同位网格系统，采用有限体积法建立了控制方程的离散方式，以显式方式对网格非正交性和两相邻单元错位进行了修正，给出了与网格系统相适应的压力校正方程，建立了通用的S I M P L E 算法，形成了一套适合建筑风场的任意六面体同位网格系统的数值模拟方法，迄今在国内外尚未见有关七述模式在建筑风场数值模拟中的研究工作的报道基于上述工作编制了通用的建筑风场数值模拟程序W S B 程序采用F O R T R A N 语言和M A T L A B 语言编制，可实现单体刊群体建筑风场的数值模拟再次，应用开发的W S B 程序和任意六面体同位网格系统，对双坡屋面建筑进行了风场模拟，数值模拟结果分别和正立方体网格系统的数值模拟结果以及风洞试验结果进行了比较；也对抗台风试点双坡挑檐低层建筑的风场进行模拟计算，数值模拟结果与非结构网格系统的数值模拟结果和风洞试验结果的进行了比较这些数值模拟结果表明，程序W S B 的网格生成、方程离散和算法实现是正确和有效的，任意六面体同位网格系统与其他网格系统相比较，其建筑帆场数值模拟更为准确和怏挫。

最后，引对目前两个或多个建筑问的风致十扰研究往往采用相同的建筑，其遮挡效应也辛要依赖建筑间距和高度的比值本文采用W S B 程序，对某固定的低层建筑物通过变换不同体型的施扰建筑物，对两低层建筑间的风致干扰问题进行了有针对性的系统数值模拟分析天键词：任意六面体同位网格；错位修正；有限体积法：S I M P L E 算法；建筑风场A B S T R A C TN u m e r i c a lm o d e l i n go fw i n df i e l d sa r o u n db u i l d i n g sh a sa t t r a c t e dw i d ea t t e n t i o na n dh a sb e e ni n v e s t i g a t e di nd e p t hi nr e c e n ty e a r s ，b e c a u s eo fi t sv a r i o u sa d v a n t a g e ss u c ha sh i g hc o m p u t a t i o n a le m c i e n c y , c o n v e n i e n c ei np r o c e s s i n gn u m e r i c a lr e s u l t sa n dl O Wc o s t ．T h ea c c u r a c yo ft h en u m e r i c a lr e s u l t si Sn o to n l yr e l a t e dt ot h ea d o p t e dt u r b u l e n c em o d e l ．b u tm o r ei m p o r t a n t l y , t ot h ee m p l o y e dg r i ds y s t e ma n dt h ec o m p a t i b i l i t yb e t w e e nt h en u m e r i c a lm e t h o da n dt h e 盯i ds y s t e m ．A st h eg e o m e t r i c a lc o n f i g u r a t i o n so fb u i l d i n g sb e c o m e m o r ec o m p l e xa n dt h ei n t e r a c t i o nb e t w e e nm u l t i p l eb u i l d i n g sa t t r a c t sm o r ea t t e n t i o n ，m o r ea n dm o r ei m p o r t a n c ei sb e i n ga t t a c h e dt ot h et e c l m i q u eo f g e n e r a t i n gg r i d s ．C u r r e n t l y , t h r e ek i n d so fg r i ds y s t e m s ，i ．e ．，t h es t r u c t u r e d 西ds y s t e m sb a s e do nC a r t e s i a nC O O r d i n a t e s ，t h eg r i ds y s t e m sa n dt h en o n —s t r u c t u r e dg r i ds y s t e m s ，a r ew i d e l yu s e di nm o d e l i n gb u i l d i n gw i n df i e l d s ．A l lt h e s eg r i ds y s t e m sh a v et h e i ro w na d v a n t a g e sa n dl i m i t a t i o n s ．T h e r e f o r e ，i ti Sv e r yi m p o r t a n tf o rt h en u m e r i c a lm o d e l i n gt om a k ef u l lu s eo ft h ea d v a n t a g e so ft h et h r e ek i n d so fg r ds y s t e m sa n dc o n s i d e rt h ep e c u l i a rc h a r a c t e r i s t i c so ft h eb u i l d i n gw i n df i e l d s i nav i e wt od e v e l o p i n gac o m p r e h e n s i v en u m e r i c a lm o d e lc o n s i s t i n go fe 确c i e n tn u m e r i c a lm e t h o d sa n dg r i dg e n e r a t i o nt e c h n i q u e sw h i c ha r eg e n e r a la n de f f e c t i v ef o rb o t hr e g u l a ra n di r r e g u l a rg e o m e t r i c a lc o n f i g u r a t i o n s ． T h i sp a p e rp r o p o s e da n dg e n e r a t e d 酊ds y s t e m sc o m p o s e do fa r b i t r a r yc o l l o c a t e dh e x a h e d r o n sf o rt h ef i r s tt i m e ．I ti sa r g u e dt h a tm o s tm o d e l e dd o m a i n sa r er e g u l a ra n dC a nb er e g a r d e da si n t e g r a t i o n so fm u l t i p l ei n i t i a l 毋i d sw i t hh e x a h o d r o n so rt h e i rb e s ta p p r o x i m a t i o n s ．T h e s ei n i t i a lg r i d sa r et h e nd i s c r e t i s e da c c o r d i n gt ot h es i z ec o n t r o lp a r a m e t e ra n dn u m b e r e di nt h es a m ew a ya sf o rt h es t r u c t u r e dg r i d s ．T h eg e n e r a lg r i ds y s t e mc o m p o s e do fa r b i t r a r yc o l l o c a t e dh e x a h e d r o n si sf i n a l l yg e n e r a t e d ．T m s 鲥ds y s t e mn o to n l yk e e p st h es i m p l ed a t as t r u c t u r e sa su s e di nt h es t r u c t u r e dg r i ds y s t e m s ， b u ta l s oa l l o w sc o m p l e xb o u n d a r i e st ob et r u l yr e f l e c t e d ．T h eg r i dg e n e r a t i o na n da d j u s t m e n ta r et h u sv e r ys i m p l ea n de f f e c t i v e ，e v e nf o rv e r yi r r e g u l a rg e o m e t r i c a lc o n f i g u r a t i o n so f b u i l d i n g s ． B a s e do nt h ea b o v e —p r o p o s e da r b i t r a r yc o l l o c a t e dg r i ds y s t e m sw i t hh e x a h e d r o n s ，t h i sp a p e ru s e st h ef i n i t ev o l u m e m e t h o dt od i s c r e t i s et h eg o v e r n i n ge q u a t i o n ．C o r r e c t i o n sa r ee x p l i c i t l ym a d ei nt h es o u r c et e r mo ft h eg o v e m m ge q u a t i o nt oc。