數(shù)值模擬交叉口畢業(yè)答辯PPT課件

1、選題背景及其意義 城市道路交叉口成為城市環(huán)境中受到污染尤為嚴重的區(qū)域。計算風(fēng)工程是結(jié)構(gòu)工程中極具前景的一個研究方向，也是當(dāng)前國際風(fēng)工程研究中的一個熱點。 對道路交叉口的風(fēng)場進行數(shù)值模擬，能為道路交叉口規(guī)劃提供有利參考，能為政府處理交叉口污染物提供基礎(chǔ)依據(jù)。第1頁/共26頁基本理論本研究中采用雷諾平均N-S方程方法來對城市道路交叉口的風(fēng)場分布進行數(shù)值模擬研究。數(shù)值模擬方法A本研究中，將只會用到質(zhì)量守恒方程與動量守恒方程。流體控制方程B本文研究城市道路交叉口的風(fēng)場分布，將會選取SIMPILE算法。求解方法D本文研究城市道路交叉口的風(fēng)場分布，將會采用Realizable k-模型。紊流模型C第2頁/

2、共26頁模型的驗證 參照德國漢堡大學(xué)的風(fēng)洞模型，選取Realizable k-模型對其風(fēng)洞模型進行數(shù)值計算模擬。從模擬結(jié)果中，提取Line 1（面X=0m與面Z=0.03m的交線）上X軸方向的速度與德國漢堡大學(xué)的實驗數(shù)據(jù)進行比較。從圖中可以看，通過數(shù)值模擬計算的結(jié)果與德國漢堡大學(xué)實驗的數(shù)據(jù)基本一致，進而表明本文所用的數(shù)學(xué)模型可行。-1.5-1-0.500.511.52-0.2-0.15-0.1-0.0500.050.10.150.20.25u(m/s)Position Y(m)ExperimentRealizable k-epsilon第3頁/共26頁成都市路口調(diào)查 本次對成都市三環(huán)以內(nèi)的十字

3、路口進行了調(diào)查，本次調(diào)查了鼓樓北三街與梓潼街十字路口（本文用X表示）。 本次對成都市三環(huán)以內(nèi)的T字路口進行了調(diào)查，本次調(diào)查了貝雙街與貝森南路T字路口（本文用T表示）。 本次對成都市三環(huán)以內(nèi)的Y字路口進行了調(diào)查，本次調(diào)查了成華街、華路街和中和下街組成的Y字路口（本文用Y表示）。第4頁/共26頁十字路口幾何模型的建立 按照在成都市道路交叉口的實際調(diào)查，對實際模型必要的簡化處理，創(chuàng)建物理模型。十字路口計算域尺寸為：長寬高=400m300m80m。十字路口東北（EN）方向的建筑群尺寸為：長寬高=50m50m14.4m；十字路口西北（WN）方向的建筑群尺寸為：長寬高=50m50m13m；十字路口西南（W

4、S）方向的建筑群尺寸為：長寬高=50m50m12m；十字路口東南（ES）方向的建筑群尺寸為：長寬高=50m50m16m。十字路口的街道寬度都為16m。第5頁/共26頁T字路口幾何模型的建立 按照在成都市道路交叉口的實際調(diào)查，對實際模型必要的簡化處理，創(chuàng)建物理模型。T字路口計算域尺寸為：長寬高=400m300m80m。T字路口西北（WN）方向的建筑群尺寸為：長寬高=50m50m13m；T字路口西南（WS）方向的建筑群尺寸為：長寬高=50m50m16m；T字路口東（E）方向的建筑群尺寸為：長寬高=116m50m14.4m。T字路口的街道寬度都為16m。第6頁/共26頁Y字路口幾何模型的建立 按照在

5、成都市道路交叉口的實際調(diào)查，對實際模型必要的簡化處理，創(chuàng)建物理模型。Y字路口計算域尺寸為：長寬高=400m300m80m。Y字路口東北（EN）方向的建筑群為六棱柱，棱邊各為30m、30m、78.9m、78.9m、74.8m和74.8m，其高為15m；Y字路口西北（WN）方向的建筑群為六棱柱，棱邊各為30m、30m、78.9m、78.9m、74.8m和74.8m，其高為15m；Y字路口南（S）方向的建筑群為四棱柱，棱邊各為50m、42.4m、42.4m和8m，其高為15m；Y字路口的街道都為16m。 第7頁/共26頁網(wǎng)格無關(guān)性驗證 本次對模型都采用結(jié)構(gòu)化劃分網(wǎng)格，十字道路交叉口模型的網(wǎng)格無關(guān)性驗

6、證分別選取四種不一樣的網(wǎng)格數(shù)量。在兩個十字路口計算域中分別選取監(jiān)測點A、監(jiān)測點B、監(jiān)測點C和監(jiān)測點D。對于十字路口，當(dāng)網(wǎng)格數(shù)量由74萬增加到114萬時，各個檢測點的風(fēng)速不再隨網(wǎng)格數(shù)量的增加而存在明顯的變化。第8頁/共26頁網(wǎng)格無關(guān)性驗證 本次對模型都采用結(jié)構(gòu)化劃分網(wǎng)格，T字道路交叉口模型的網(wǎng)格無關(guān)性驗證分別選取四種不一樣的網(wǎng)格數(shù)量。在T字路口計算域中分別選取監(jiān)測點F、監(jiān)測點G、監(jiān)測點H和監(jiān)測點L。對于T字路口，當(dāng)網(wǎng)格數(shù)量由71萬增加到111萬時，各個檢測點的風(fēng)速不再隨網(wǎng)格數(shù)量的增加而存在明顯的變化。第9頁/共26頁網(wǎng)格無關(guān)性驗證 本次對模型都采用結(jié)構(gòu)化劃分網(wǎng)格，Y字道路交叉口模型的網(wǎng)格無關(guān)性驗

7、證分別選取四種不一樣的網(wǎng)格數(shù)量。在Y字路口計算域中分別選取監(jiān)測點M、監(jiān)測點O、監(jiān)測點P和監(jiān)測點Q。對于Y字路口，當(dāng)網(wǎng)格數(shù)量由76萬增加到110萬時，各個檢測點的風(fēng)速不在隨網(wǎng)格數(shù)量的增加而存在明顯的變化。第10頁/共26頁網(wǎng)格劃分結(jié)果圖第11頁/共26頁十字路口的模擬本研究從來流風(fēng)的風(fēng)速和風(fēng)向兩個要素來分析來流風(fēng)對十字路口的風(fēng)場的影響，共分為9種工況。第12頁/共26頁十字路口的模擬工況XV1工況XV2工況XV3工況XV4工況XV5工況XV6 從速度云圖中可以看出來，十字路口風(fēng)場中的最大速度位于與鼓樓北三街的來流風(fēng)入口處。隨著來流風(fēng)的速度不斷增加，十字路口中每個點的速度相應(yīng)的增加，但是十字路口里

8、的相對速度分布幾乎不變。 從不同風(fēng)速工況下的速度云圖中，容易看出不同風(fēng)速工況下在行人高度Z=1.6m處截面的風(fēng)速均低于4m/s，結(jié)果表明該十字路口在一年中大多數(shù)時間處于舒適的風(fēng)環(huán)境中。在軟件計算結(jié)果里，截取各種風(fēng)速工況下的行人高度Z=1.6m的剖面速度云圖進行比較分析。第13頁/共26頁十字路口的模擬工況XV1工況XV2工況XV3工況XV4工況XV5工況XV6在軟件計算結(jié)果里，截取各種風(fēng)速工況下的行人高度Z=1.6m的流線圖進行比較分析。 從圖中很容易看出風(fēng)場分布不均勻，出現(xiàn)這樣的原因是十字路口的周圍的建筑物高度不一樣高。 對于該十字路口，容易在十字路口里的旋渦處集聚污染物、落葉和廢棄物。行人

9、在旋渦范圍處，有很大概率吸入含有高濃度污染物的空氣。因此，建議鼓樓北三街和梓潼街的行人在經(jīng)過圖示四處旋渦處以最快的速度通過。 第14頁/共26頁十字路口的模擬工況XD1工況XD2工況XD3工況XD1工況XD2工況XD3在軟件計算結(jié)果里，截取各種風(fēng)向工況下的行人高度Z=1.6m的流線圖進行對比分析 當(dāng)風(fēng)向為北風(fēng)時，十字路口里存在4個旋渦；當(dāng)風(fēng)向為東北偏北風(fēng)時，十字路口里存在5個旋渦；當(dāng)來流風(fēng)的風(fēng)向為東北風(fēng)時，十字路口中存在3個旋渦。 東北風(fēng)時，該十字路口污染物集聚點最少，有三個，有利于污染物的擴散。因此，建議在進行十字路口規(guī)劃時，應(yīng)盡量采取來流風(fēng)風(fēng)向與交叉口成45度的布局。第15頁/共26頁T字

10、路口的模擬本研究從來流風(fēng)的風(fēng)速和風(fēng)向兩個要素來分析來流風(fēng)對T字路口的風(fēng)場的影響，共分為9種工況。第16頁/共26頁T字路口的模擬工況TV1工況TV2工況TV3工況TV4工況TV5工況TV6在軟件計算結(jié)果里，截取各種風(fēng)速工況下的行人高度Z=1.6m的剖面速度云圖進行比較分析。 不同風(fēng)速工況下的T字路口中最高速度都不超過4m/s，均能滿足人們室外活動的舒適要求。從速度云圖中，隨著來流風(fēng)的風(fēng)速增加，不同工況下的最高速度也隨之增加，但T字路口相對速度的分布相似。 速度云圖中，貝雙街因受到建筑物的阻礙，而導(dǎo)致貝雙街內(nèi)部風(fēng)速較低。當(dāng)來流風(fēng)為0.5m/s時，貝雙街內(nèi)最大風(fēng)速不大于0.2m/s，不利于污染物的

11、擴散。第17頁/共26頁T字路口的模擬在軟件計算結(jié)果里，截取各種風(fēng)速工況下的行人高度Z=1.6m的流線圖進行比較分析。 隨著風(fēng)速的增加，T字路口周圍的風(fēng)場分布基本相似。 在T字路口中存在三處旋渦，容易聚集污染物。行人長期接觸高濃度污染物容易對他們的健康產(chǎn)生危害。因此，在T字路口的行人因以最快速度通過圖示三處旋渦處。工況TV1工況TV2工況TV3工況TV4工況TV5工況TV6第18頁/共26頁T字路口的模擬工況TD1工況TD2工況TD3工況TD1工況TD2工況TD3在軟件計算結(jié)果里，截取各種風(fēng)向工況下的行人高度Z=1.6m的流線圖進行比較分析。 隨著風(fēng)向逐漸從北風(fēng)變?yōu)闁|北風(fēng)時，該T字路口中的旋渦

12、逐漸變大，旋渦影響的范圍也逐漸變大，不利于T字路口污染物的擴散。為了減小T字路口中旋渦范圍，建議在對T字路口規(guī)劃時，應(yīng)盡量采取來流風(fēng)風(fēng)向與交叉口成0度或180度的布局。第19頁/共26頁Y字路口的模擬本研究從來流風(fēng)的風(fēng)速和風(fēng)向兩個要素來分析來流風(fēng)對Y字路口的風(fēng)場的影響，共分為9種工況。第20頁/共26頁Y字路口的模擬工況YV1工況YV2工況YV3工況YV4工況YV5工況YV6在軟件計算結(jié)果里，截取各種風(fēng)速工況下的行人高度Z=1.6m的流線圖進行比較分析。 從圖中可以看出，Y字路口里的風(fēng)速均小于4m/s，一年中大多數(shù)時間都能滿足人們室外活動的舒適要求；隨著來流風(fēng)速的增大，各街道的風(fēng)速相應(yīng)增大，空

13、氣通量也相應(yīng)增大，有利于增強污染物擴散能力，但是其相對速度分布基本相似。 由于Y字路口周圍建筑群平均高度一樣，其相對風(fēng)速分布比較對稱。第21頁/共26頁Y字路口的模擬工況YV1工況YV2工況YV3工況YV4工況YV5工況YV6在軟件計算結(jié)果里，截取各種風(fēng)速工況下的行人高度Z=1.6m的流線圖進行比較分析。 從Y字路口的流線圖可以看出，隨著來流風(fēng)速的增加，Y字路口周圍的風(fēng)場分布都基本相似。 Y字路口里有6個旋渦，Y字路口中心、成華街左側(cè)和華路街右側(cè)容易集聚污染物。該Y字路口的行人應(yīng)以最快速度通過污染物集聚處。第22頁/共26頁Y字路口的模擬工況YD1工況YD2工況YD3工況YD1工況YD2工況Y

14、D3在軟件計算結(jié)果里，截取各種風(fēng)向工況下的行人高度Z=1.6m的流線圖進行比較分析。 隨著風(fēng)向從北風(fēng)慢慢變?yōu)闁|北風(fēng)時，Y字路口里面的旋渦數(shù)量逐漸減少。 不管在哪三種成都市常見的風(fēng)向情況下，成華街區(qū)內(nèi)都會形成旋渦，不利于污染物的擴散。一年中，成華街區(qū)內(nèi)污染物的擴散能力很低，因此，建議政府著重對此街道采取相應(yīng)的措施來解決污染物難擴散的問題。第23頁/共26頁總結(jié) 本文通過數(shù)值模擬方法對成都市三環(huán)以內(nèi)的鼓樓北三街與梓潼街十字道路交叉口、貝雙街與北森南路T字道路交叉口和由成華街、華路街與中和下街組成的Y字道路交叉口周圍的風(fēng)場進行分析。對比分析各類型道路交叉口在不同風(fēng)速和風(fēng)向下的風(fēng)場分布，得出以下結(jié)論： 1.在不同風(fēng)速工況下，同類型交叉口的風(fēng)場分布基本相似，但隨著風(fēng)速的增加，道路交叉口中風(fēng)速會相應(yīng)的增加，其對應(yīng)的各街道的空氣通量也會增加，有利于污染物的擴散。 2.成都市道路交叉口在一年中大多數(shù)時間都處于舒適的風(fēng)環(huán)境中。 3.建議在進行十字路口規(guī)劃時，應(yīng)盡量采取來流風(fēng)風(fēng)向與交叉口成45度的布局。 4.建議在進行T字路口規(guī)劃時，應(yīng)盡量采取來流風(fēng)風(fēng)向與交叉口成0度或