北京商务中心风环境风洞实验研究

北京商务中心区(Central Business District,CBD)规划于故宫东部约5 km地带,涵盖面积约4 km2,最高建筑物超过300 m.采用风洞刷蚀技术结合朝阳气象站常规资料对CBD行人风环境进行研究,结果表明:(1)在冬春季西北大风时,CBD高大建筑物附近出现局地8级以上大风的概率为0.114%,相当于每年发生5.0次,超过了每年小于1.0次的可接收评估准则,将会影响行人舒适度和安全;偏南风符合行人舒适度评估准则,不会造成明显风环境问题.(2)夏季白天偏南风盛行,在CBD东西两侧建筑物密集区域出现小风(风速低于1.5 m s-1)的概率高达22%,可能造成较严重的局地空气污染.     

建筑物表面风压以及风场的数值模拟与风洞实验研究

利用自主开发的模拟建筑物周围风环境数值模式“北京大学大气环境模式”(Peking University Model of Atmospheric Environment, PUMA), 通过求解非静力动力学方程, 模拟了一个特殊塔型结构建筑物周围的空间流场以及建筑物表面风压系数的分布特征, 同时与风洞实验的数据进行了对比, 对该拟建项目可能导致的风环境问题以及建筑表面风荷载进行了评估. 模拟结果与实验数据的比较显示, 两者在速度场与建筑表面风压系数具有较好的吻合度, 体现了该模式在风场以及压力场计算方面的良好性能. 但通过与实验结果的对比不难发现, 模式的结果在某些情况下与试验存在较大的误差. 造成这种偏差的原因, 一方面是模式现有的分辨率为水平方向2 m, 垂直方向3 m, 难以将塔型结构建筑物表面的气压变化完全精确的展现出来; 另一方面, 固壁面上格点的气压和周边空间气压分布之间关系的参数化方案, 仍需要进一步改进. 从整体来看, 该模式模拟结果与风洞实验基本吻合, 可以较好计算特殊形状钝体结构建筑物导致的风场以及风压分布情况. 研究表明该数值模式可用以评估建筑物的表面风压及周围的风环境, 在建筑物的风工程项目中具有良好的应用前景.     

城市高大建筑群周围风环境研究

城市中高大建筑物和建筑群会显著改变城市近地面层风场结构. 在有较强来流时, 建筑物周围某些地区会出现强风; 如果这些强风区出现在建筑物入口、通道、露台等行人频繁活动的区域, 则可能使行人感到不舒适、甚至产生伤害, 产生行人风环境问题.因此在设计阶段, 应对建筑物的风环境做出评价, 以对可能出现的行人风场问题, 提出改进措施. 采用风洞热线测量、风洞刷蚀技术和计算流体力学数值模拟等方法, 对北京地区某高大建筑在北京地区盛行风条件下的风环境, 开展物理模拟和数值模拟, 并进行相互验证和比较. 研究结果表明, 3种方法得出行人风场结构和分布基本一致. 研究还分析了各方法的长处和局限, 指出3种方法的相互配合, 可使城市高大建筑的行人风环境研究更为科学、合理.     

二维街谷地面加热引起的流场特征的水槽实验研究

利用拖曳式水槽,采用激光粒子成像速度场测量系统(PIV),模拟了街谷存在地面加热时流场特征;讨论了环境风场对其的影响。我们发现在静风条件下,街谷中环流完全由热力驱动,对流活动可伸展至街谷上方;在建筑物层顶以上,也可发现水平和垂直方向的运动。这些对流活动有助于基本风场为零时,街谷内外动量和物质的交换。当街谷较宽时,对流形成的涡旋可能为两个以上,形态较为复杂并随时间变化,当街谷变窄时,涡旋蜕化成只有一个。当有弱环境风场存在时,街谷中的对流呈现为一个主涡旋,随着风速增加,涡旋形状更加规则,其中心并向下风向移动。     

Control of Vortex Shedding at Moderate Reynolds Numbers

The suppression method of vortex shedding from a circular cylinder has been studied experimentally in the Reynolds number range from 300 to 1600. The test is performed in a water channel. The model cylinder is 1 cm in diameter and 38 cm in length. A row of small rods of 0.18 cm in diameter and 1 .5 cm in length are perpendicularly connected to the surface of the model cylinder and distributed along the meridian. The distance between the neighboring rods and the angle of attack of the rods can be changed so that the suppression effect on vortex shedding can be adjusted. The results show that vortex shedding can be suppressed effectively if the distance betvveen the neighboring rods is smaller than 3 times and the cylinder diameter and the angle of attack is in the range of 30°≤β < 90°