fluent在城街区大气环境中的一个应用3.pdf

第 21 卷第 4 期 中 国 科 学 院 研 究 生 院 学 报 Vol . 21 No . 4 2004 年 10 月 Journal of the Graduate School of the Chinese Academy of Sciences October 　2004 ( ) 文章编号 :1002 —1175 2004 Fluent 在城市街区大气环境中的一个应用 1 ,2 1 1 1 李 　磊 　胡 　非 　程雪玲 　韩浩玉 ( 1 中国科学院大气物理研究所大气边界层物理和大气化学国家重点实验室 , 北京 100029 ;2 中国科学院研究生院 , 北京 100039) (2003 年 9 月 15 日收稿 ; 2003 年 11 月 17 日收修改稿) 摘 　要 　利用 CFD 软件 Fluent 建立了一个三维街道十字路口模型 ,模拟了2 种风向条件下街 区风速分布和 CO 质量浓度分布的情况. 结果表明 ,十字路 口的建筑物布局与风向共同作用 , 会对街区的风速和 CO 质量浓度分布产生很大影响. 模拟结果表明 ,CFD 对所建模型模拟结果 合理 ,用于街区大气环境问题研究有着良好前景. 关键词 　CFD ,Fluent ,城市街区 ,大气环境 中图分类号 　X16 1 　引言 城市街区的大气环境问题 ,是近年来的一个研究热点. 研究汽车尾气如何在街区扩散 、如何对空气 造成污染 ,是研究对策 、防治汽车尾气对人类造成危害的基础. 国内外一些学者研制和开发了不少针对 街区污染的数值模式[ 1 —3 ] ,但这些模式的一个共同缺点是 ,只能模拟极度简化的街区 ,仅考虑两侧为连 续建筑物的街道峡谷的情况. 而实际街区建筑物布局远比这些模式所考虑的情况复杂 ,街道两旁建筑物 通常参差不齐 ,街道本身的布局也纵横交错 , 已有的街道峡谷模式 ,无论从定量还是定性上对实际的街 ( ) 区都力不从心. CFD Computational Fluid Dynamics 是一种研究流体力学的计算技术 ,利用 CFD 建立研究 对象的计算模型 ,将流体动力学应用于模型上进行计算 ,可以分析研究流体在该模型上的动力学和热力 ( ) 学行为. 街区内大气环境问题本质上可看作一种带有物质 污染物 输运的流体力学问题 ,因而在设立合 理计算模型和边界条件的前提下 ,用 CFD 技术研究街区内的大气环境问题是可能的. 本文利用商业 CFD 软件 Fluent 建立了一个街道十字路口的计算模型 ,考虑 2 种不同风向条件 ,对计算结果进行分析 , 证明 Fluent 可有效应用于城市街区大气环境问题. 2 　Fluent 软件简介 Fluent 软件为美国 Fluent 公司所开发的商业 CFD 软件 ,在全世界范围内有着众多用户. Fluent 可以 模拟从不可压缩流体到高度可压缩流体的复杂流动问题 ,采用多种求解方法和多重网格加速收敛技术 , 能达到很好的收敛速度和求解精度. 目前 Fluent 被广泛应用于与流体力学相关的航天 、水运 、汽车制造 、 工程设计等各个行业 ,其良好模拟性能享有盛誉. Capeluto 等曾利用 Fluent 评估一个拟建城市商业区设 [4 ] 计的合理性 ,并取得了很好效果 . Chang 等 曾将 Fluent 的模拟结果和风洞实验结果进行 比较 , 发现 [5 ] Fluent 模拟结果与风洞实验模