气象学论文_东北农业大学风环境模拟与景观改造

文章目录

摘要

英文摘要

1.前言

1.1 研究背景

1.2 研究目的

1.3 研究意义

    1.3.1 理论意义

    1.3.2 现实意义

1.4 国内外研究现状

    1.4.1 国外研究现状

    1.4.2 国内研究现状

1.5 研究内容和方法

    1.5.1 研究内容

    1.5.2 研究方法

2.CFD基础理论

2.1 相关概念

    2.1.1 风环境

    2.1.2 风基本要素

    2.1.3 梯度风

    2.1.4 计算流体力学

2.2 风环境模拟方法

    2.2.1 现场实测

    2.2.2 风洞实验

    2.2.3 计算机数值模拟

2.3 CFD基本原理

    2.3.1 质量守恒方程

    2.3.2 动量守恒方程

    2.3.3 能量守恒方程

2.4 数值模拟模型理论

    2.4.1 湍流模型

    2.4.2 标准k?ε模型

2.5 PHOENICS简介

    2.5.1 PHOENICS对植物的模拟

    2.5.2 PHOENICS模拟步骤

3.植物群落的种植模式

3.1 水平方向的植物群落种植模式

    3.1.1 孤植

    3.1.2 对植

    3.1.3 列植

    3.1.4 丛植

    3.1.5 群植

    3.1.6 林植

    3.1.7 丛植、群植、林植的平面布局

3.2 竖直方向的植物群落种植模式

    3.2.1 乔灌草

    3.2.2 乔草结构

    3.2.3 灌草结构

4.植物群落种植模式与风环境的关系模拟

4.1 植物模型的选取

    4.1.1 植物物理模型的选取

    4.1.2 植物几何模型的选取

4.2 水平方向的植物种植模式与风环境的关系模拟

    4.2.1 孤植模式与风环境的关系模拟

    4.2.2 对植模式与风环境的关系模拟

    4.2.3 列植模式与风环境的关系模拟

    4.2.4 丛植模式与风环境关系的模拟

    4.2.5 群植模式与风环境关系的模拟

    4.2.6 林植模式与风环境关系的模拟

    4.2.7 讨论

4.3 竖直方向的植物种植模式与风环境的关系模拟

    4.3.1 乔灌草结构的群落种植模式与风环境关系的模拟

    4.3.2 乔草结构的群落种植模式与风环境的关系模拟

    4.3.3 灌草结构的群落种植模式与风环境的关系模拟

    4.3.4 讨论

5.东北农业大学风环境模拟

5.1 哈尔滨市基本概况

5.2 东北农业大学概况

5.3 校园CAD三维模型的建立

5.4 校园风环境的PHOENICS模拟

    5.4.1 导入模型

    5.4.2 计算域的划定

    5.4.3 网格划分

    5.4.4 边界条件

5.5 结果

6.东北农业大学绿地景观改造策略

6.1 东北农业大学绿地风环境存在的问题

6.2 东北农业大学绿地景观改造设计

    6.2.1 绿地景观改造设计示例A

    6.2.2 绿地景观改造设计示例B

    6.2.3 绿地景观改造设计示例C

    6.2.4 绿地景观改造设计示例D

    6.2.5 绿地景观改造设计示例E

    6.2.6 绿地景观改造设计示例F

7.讨论

8.结论

致谢

参考文献

附录

文章摘要:东北农业大学地处城乡结合处且毗邻化工厂,校园内的风环境以及空气质量常年较差。春秋两季风速大,风向不定,导致扬尘频发,地面垃圾四起,对师生的呼吸系统产生极为恶劣的刺激。在此现实依据之上,为了运用景观种植手段改善东北农业大学的风环境进而改善空气质量问题,开展本研究。研究中结合了景观学和空气动力学等多学科的知识,有利于丰富和发展风景园林学科体系,具有长远的理论探索意义;探索出景观种植设计与风环境的关系,合理利用园林植物影响室外空间小气候,对提升校园环境的品质具有深刻的现实意义。本文以东北农业大学的风环境为研究对象,通过查阅大量文献资料,运用计算流体力学（Computational Fluid Dynamic,缩写CFD）数值模拟技术,结合哈尔滨的风速风向数据,定性定量分析归纳东北农业大学风环境问题的成因并探究基于景观种植设计层面的改造策略。主要有以下几方面结果:（1）创新地使用球体三维模型和圆柱组合体三维模型作为灌木和乔木的几何模型,并验证了合理性。（2）水平方向减小风速的效果排序为林植>群植>丛植>列植>对植>孤植;竖直方向15m高大乔木+8m中大型乔木+4m小型乔木+2.5m灌木+0.2m地被>2.5m灌木+0.2m地被>15m高大乔木+8m中大型乔木+4m小型乔木+0.2m地被的结构,推论而知,竖直方向植物群落结构减小风速的能力排序为乔灌草>灌草>乔草。（3）从风环境模拟的角度结合了地理信息系统和3D建模的内容,了解了利用Supermap结合CAD校园规划平面图来实现3D建模的方法。通过收集数据得出哈尔滨2017年春季的风玫瑰图,利用PHOENICS软件对东北农业大学校园进行了该现状条件下的风环境模拟,得出了视线高度即1.5m处的风速云图和风速矢量图。通过对模拟结果的分析,总结出大风极易发生的位置以及可能的发生原因。（4）选取6个典型的大风区,根据分析出的可能形成大风的原因对其植物景观进行改造。将调整过的植物景观用PHOENICS模拟验证改造的可行性及普适性。

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