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基于风洞试验的行列式建筑布局参数研究 建筑物周围的近地风对行人舒适度的影响（建筑室外风环境的问题）越来越受到重视。除了局部流的风环境外，建筑物的室外风环境还取决于建筑物的外观、方向和建筑之间的距离。因此，这些因素对风环境的影响可以作为绿色建筑工地的重要参考依据。 自20世纪60年代以来,现场实测、风洞试验、数值模拟等多种研究手段在风环境研究中得到应用.其中现场实测主要用于评估已建成建筑,数值模拟、风洞试验则用于对拟建建筑进行风环境预评估.在风洞试验研究方面,White阐述了利用风洞试验进行风环境测试的详细过程和可行性,Stathopoulos等总结了关于单体建筑和2个并排建筑的风环境风洞试验结果, Tetsu等试验研究了建筑物密度对行人高度处平均风速的影响.风环境测试通常通过布置风速测点进行,但近年来又涌现出了一些新的试验技术.如Yamada等使用红外热线感应图像技术研究行人高度处的风环境,Liu等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的环境风场,以及王宝民等利用刷蚀技术对北京商务中心进行风环境试验.随着高性能计算的发展,数值风洞开始在风环境研究中得到应用,如Blocken等采用计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)对某体育场周围风环境进行计算分析,其结果与实测数据较为吻合. 目前对于建筑群风环境的研究通常是针对某一特定建筑群,然后选取几个典型的布局形式或者改变布局中某些参数来分析建筑群周围流场的变化.例如To等考虑由一列建筑物构成的建筑群,讨论了建筑物排列位置和风向角对其风环境的影响.He等利用CFD数值方法对台北某行政大楼等3例建筑工程做了风环境评价.考虑0°风向角和45°风向角,Zhang等研究了由18个建筑物构成的建筑群的风环境,讨论了布局形式对其流场的影响.王辉等以3×3行列式布置建筑群为研究对象,通过改变间距等参数定性分析了建筑布局对建筑群周围风场的影响.Blocken等对过道风受建筑间距的影响做了详细的量化分析.王旭等通过数值分析研究了3×4行列式布置建筑群的狭道风效应.徐刚等分析了3×2行列式布置建筑群的风环境,探讨了建筑表面风压差、建筑周围流场等与建筑布局之间的关系. 仅考虑对某一特定的建筑或建筑群案例进行分析,则分析结论无法定量地对受多参数影响的新建建筑群风环境进行预评估及优化,也不便于推广应用.本文以行列式建筑群为研究对象,通过一系列的风洞试验定量地研究无量纲布局参数和风环境之间的关系,从而得到多种等值线图以便设计者对建筑群周围的风环境进行预评估.在提出优化设计理念及方法的基础上,通过具体事例介绍如何应用其对整个建筑群的风环境进行优化设计. 1 测点及测点布置 图1所示为由3×4个矩形平面的建筑物构成的一个行列式布置的建筑群.该建筑群内各个建筑物的长×宽×高(L×B×H)尺寸均为40 m×10 m×25 m.建筑物之间x向间距为W1,y向间距为W2.参照文献的相关分析,将建筑群周围空间划分为3个区域:区域I(定义为A1)、区域II(定义为A2)均为建筑群内部承担主要交通功能的区域,区域III(定义为A3)为有可能出现风速加速的拐角区域.各区域测点如表1和图2所示,图2中的‘*’为风速测点,数字为测点编号. 为了便于参数的敏感性分析,定义无量纲的γL为纵向稀疏系数、γB为横向稀疏系数,表示为 γL=W1/L,γB=W2/B. (1) 在风洞试验中,采用了5×5=25种小区布局形式,其中γL=0.25, 0.375, 0.5, 0.75, 1.0 ;γB=1.0, 1.5, 2.0, 2.5, 3.0.对每个小区布局形式进行了5个风向角下的风洞试验,风向角间隔为22.5°,顺时针旋转,其中0°和90°风向角如图1所示. 建筑群的模型缩尺比为1∶150,在广东省建筑科学研究院风洞(图3)进行风环境试验.采用均匀流,来流风速为7 m/s;采用全风向风速探头(图4)测定各个测点的风速,探头直径为1.5 mm,在试验前的CFD模拟结果已表明探头对所关心的高风速比区域流场影响可忽略.各测点的高度均为1 cm.试验结果用风速比来描述,以减少边界层效应的影响,在试验前的CFD模拟结果表明边界层效应对风速比的影响较小. 2 最大风速比 通常采用相对风速值来描述收风环境评估区域的风环境.选取远处未受干扰的1.5 m高度处的风速值为参考风速vref,相同高度处的建筑群内风速值为vg,采用符号R来表示相对风速,其值定义为风速比,即 R=vg/vref. (2) 显然R为测点位置、2个稀疏系数及风向角的函数,即 Rijkm=R(Pi,γLj,γBk,θm). (3) 式中:Pi表示第i测点位置,γLj表示第j个稀疏系数,γBk表示第