非定常风下三维建筑流场的数值模拟：正弦波动与绕流特性

本文主要探讨了"非定常来流对建筑周围流场影响的数值模拟"这一主题，发表于2005年9月的《西安建筑科技大学学报(自然科学版)》第37卷第3期。作者张鸿雁、李凤蔚和王元分别来自西北工业大学航空学院和西安建筑科技大学环境与市政工程学院。他们利用Realizable k-ε双方程模型，这是一种广泛用于计算流体动力学(CFD)中的湍流模型，结合PISO算法（Pressure Implicit with Splitting Operator）进行数值模拟。 研究焦点在于考虑正弦型周期变化风谱形成的大气边界层对数风速廓线，这是对实际风速波动的一种简化模型，以模拟风向和速度的周期性变化。通过分区网格划分方法，作者们采用了自适应网格技术，确保了在复杂流场中的精度和效率。在处理固体壁面时，他们采用了标准壁面函数法，这是一种常见的边界条件处理方式，可以有效简化计算并保持物理准确度。 模拟结果显示，整个流场的速度响应是非定常的，呈现周期性波动，所有点的速度变化周期相同，只是振幅有所不同。这种周期性变化对流场速度的绝对大小影响相对较小，但振幅的变化却能导致速度值有显著的变动。在建筑物周围，由于风的阻挡和绕流效应，横剖面后部会出现两个旋转方向相反的大尺度涡旋，这是流体动力学中的典型现象。纵剖面后方则会出现与建筑物高度H相当的分离涡，这表明流体在建筑物附近经历了一定程度的分离和再结合过程。 值得注意的是，尽管风的周期性和振幅变化会影响流动特性，但回流区的长度大约在0.15米，这个特征保持相对稳定，不随周期或振幅的改变而改变。整体上，流动模式显示出明显的对称性，这是对建筑物周围流场动态行为的重要洞察。 该研究不仅提供了非定常来流下建筑物流场的定量分析，也为建筑设计、风荷载评估以及相关环境工程问题提供了有价值的数值参考。对于理解和控制建筑区域内的微气候，这项工作具有重要的理论和实践意义。