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高层建筑绕流风场的数值计算

作　者: 热夏提.艾尔肯
导　师: 陈少松
学　校: 南京理工大学
专　业: 动力工程
关键词: 数值模拟病毒风压分布高层建筑 fluent
分类号: TU973.213
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

以南方某地医院住院部大楼为研究对象,利用相关软件构建仿真模型,并计算和分析了流速和楼高对建筑物绕流风场的影响。进而,选择当地最为典型的平均风速,采用两相流理论,研究病毒传播源位于住院部大楼背风侧时,病毒的传播情况,为医院安排病人提出合理化建议,对改善医院风环境有着重要的实用价值。本文具体内容如下：1.概括介绍风场的基本概念,风速的等级划分以及风场基本方程,详细的阐述了以某地医院住院部大厦为原型的绕流模型基本参数,并采用非结构网格将各个模型划分为100万左右网格节点,同时检验了网格质量。2.得到不同风速对住院部大楼的影响情况：用最长长度和最高高度来衡量该动力阴影区时,随着风速的增加,最长长度和最高高度都是先增加后减小,其中最长长度减小的更为明显一些；而针对不同楼高时,空气动力阴影区的变化更加复杂一些,随着楼高的增加,空气阴影区不仅逐渐变大,而且和建筑物逐渐接近,使得建筑物背风侧风环境更加恶劣。3.详细论述了两相流的相关理论,并基于fluent软件探讨了常见的用来求解两相流的三种模型：VOF模型、混合模型和欧拉模型,并比较了他们的优缺点,确定了模型选择原则。在此基础上,利用fluent软件仿真模拟了病毒源处于不同高度时,病毒传播情况,并基于空气动力学相关理想和工程实际探讨,分析了病毒源位置对于病毒传播范围的影响,得到了较为满意的结果,为医院安排患者,提供了合理化的建议。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
图表目录  10-11
注释表  11-12
1 绪论  12-17
  1.1 课题的意义  12-13
  1.2 高层建筑风场研究进展  13-16
    1.2.1 常见的研究手段  13-14
    1.2.2 国内外风场的研究进展  14-16
  1.3 本文的主要工作  16-17
2 风场三维流动数值计算方法  17-28
  2.1 控制方程  17
  2.2 湍流数值模拟概述  17-19
  2.3 湍流模型  19-22
    2.3.1 涡粘模型  19-22
    2.3.2 雷诺应力模型  22
  2.4 壁面函数法  22-23
  2.5 计算流场的离散化及求解方法  23-27
    2.5.1 控制方程的离散  24
    2.5.2 计算方法选择  24-27
  2.6 小结  27-28
3 高层建筑绕流风场建模  28-36
  3.1 风场的基本概念  28-30
    3.1.1 大气边界层  28-29
    3.1.2 平均风剖面  29
    3.1.3 常见风速  29-30
  3.2 高层建筑物风场模型  30-35
    3.2.1 研究对象的选定  30-31
    3.2.2 计算区域  31-32
    3.2.3 计算区域网格设置  32-34
    3.2.5 边界条件设定  34
    3.2.6 收敛性及结果初步判定  34
    3.2.7 模型准确性检验  34-35
  3.3 小结  35-36
4 高层建筑物风场模拟  36-58
  4.1 风速对高层建筑绕流风场的影响  36-48
    4.1.1 风速2m/s时绕流风场  37-39
    4.1.2 风速4m/s时绕流风场  39-40
    4.1.3 风速7m/s时绕流风场  40-42
    4.1.4 风速10m/s时绕流风场  42-44
    4.1.5 风速14m/s时绕流风场  44-45
    4.1.6 风速18m/s时绕流风场  45-47
    4.1.7 不同风速绕流风场分析  47-48
  4.2 建筑物不同高度  48-57
    4.2.1 楼高40米高时风场  49-51
    4.2.2 楼高50米高时风场  51-52
    4.2.3 楼高70米高时风场  52-54
    4.2.4 楼高80米高时风场  54-57
    4.2.5 不同楼高对绕流风场的影响  57
  4.3 小结  57-58
5 高层建筑病毒传播分析  58-73
  5.1 两相流基本理论  58-64
    5.1.1 流体流动方程  58-60
    5.1.2 流体状态方程  60-62
    5.1.3 两相流研究模型  62-63
    5.1.4 两相流模型的选择  63-64
  5.2 高层建筑病毒传播分析  64-71
    5.2.1 病毒源10米高  64-66
    5.2.2 病毒源20米高  66-67
    5.2.3 病毒源30米高  67-68
    5.2.4 病毒源40米高  68-69
    5.2.5 病毒源50米高  69-71
    5.2.6 仿真结果分析  71
  5.3 小结  71-73
6 结论与展望  73-75
  6.1 结论  73-74
  6.2 展望  74-75
致谢  75-76
参考文献  76-79

高层建筑绕流风场的数值计算

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