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城市风环境CFD模拟技术指南 Guidebook for CFD Predictions of Urban Wind Environment

January 2025

Publisher: 中国建筑工业出版社
ISBN: 978-7-112-28496-2

Authors:

Huazhong University of Science and Technology

本书为日本建筑学会于2020年出版发行的《都市の風環境予測のためのCFDガイドブック》一书的中文版，由华中科技大学建筑与城市规划学院的韩梦涛副教授完成翻译。全书针对各种建筑形态进行基准模拟测试并制定了模拟导则，对使用数值模拟分析预测城市风环境的注意事项和验证模拟精度的方法进行了说明，并提供了验证用的数据库。全书首先整理了实施城市风环境CFD模拟时应当了解的基础事项，其次介绍了实施城市风环境预测和评价时必要的CFD模拟技术，最后总结了在进行城市风环境的预测与评价相关CFD模拟时的技术指南，并提供了用于验证CFD模拟精度的实验数据库相关概要。本书可作为教师、学生和工程技术人员在建筑、建筑技术科学、城市规划、暖通空调、建筑环境工程和土木工程领域学习CFD并进行建筑和城市风环境模拟的参考书。

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城市风环境 CFD 模拟

技术指南

Guidebook for CFD Predictions of Urban

Wind Environment

[日] 日本建筑学会编著

韩梦涛译

城市风环境 CFD 模拟技术指南

Guidebook for CFD Predictions of Urban Wind Environment

[ 日 ] 日本建筑学会编著

韩梦涛译

中国建筑工业出版社出版、发行（北京海淀三里河路 9 号）

各地新华书店、建筑书店经销

北京雅盈中佳图文设计公司制版

印刷厂印刷

开本：787 毫米 ×1092 毫米 1/16 印张：字数：千字

2024 年月第一版 2024 年月第一次印刷

定价：49.00 元

ISBN 978-7-112-28496-2

（42168）

如有内容及印装质量问题，请与本社读者服务中心联系

电话：（010）58337283　QQ：2885381756

（地址：北京海淀三里河路 9 号中国建筑工业出版社 604 室　邮政编码：100037）

责任编辑：戚琳琳刘文昕

责任校对：赵力

著作权合同登记图字：01-2023-3104 号

图书在版编目（CIP）数据

城市风环境 CFD 模拟技术指南 = Guidebook for CFD

Predictions of Urban Wind Environment / 日本建筑学

会编著；韩梦涛译 . — 北京：中国建筑工业出版社，

2024.1

ISBN 978-7-112-28496-2

Ⅰ . ①城… Ⅱ . ①日… ②韩… Ⅲ . ①建筑设计－风

－环境设计－指南 Ⅳ . ① TU-856

中国国家版本馆 CIP 数据核字（2023）第 248210 号

GUIDEBOOK FOR CFD PREDICTIONS OF URBAN WIND ENVIRONMENT

Chinese translation rights in simplified characters arranged with

Architectural Institute of Japan

through Japan UNI Agency，Inc.，Tokyo

本书由日本建筑学会授权我社独家翻译、出版、发行。

写在中文版出版之际

译者序

本书的目的及构成（原著前言）

本书编写相关委员会

本书编写者

第 1 篇　城市风环境模拟的基础知识 ………………………………………………………… 001

第 1 章 CFD 模拟的流程及本书的构成 001

第 2 章城市风环境及其模拟方法概要 003

2.1 城市风的性质 003

2.2 强风引起的环境灾害 006

2.3 弱风引起的环境灾害 012

2.4 风环境的预测方法 014

2.5 （日本）国内外的指导方针、指南制定现状 019

参考文献 022

第 2 篇城市风环境预测的 CFD 模拟技术 …………………………………………………… 027

第 1 章湍流模型 027

1.1 流体的基础方程 027

1.2 标量（热量、污染物）的输运基础方程 028

1.3 湍流模型化的必要性 029

1.4 RANS 模型 030

1.5 LES 042

1.6 DES（RANS-LES 混合） 049

第 2 章计算区域 050

2.1 计算区域大小及阻塞效果 050

2.2 从流入面到风环境主要评价区域的距离 050

2.3 从风环境主要评价区域到流出面的距离 051

第 3 章建筑物和障碍物的建模 052

3.1 目标建筑的建模精度 052

3.2 周边建筑的建模 052

3.3 障碍物小于计算网格时的处理（无法直接对形状进行建模的情况） 053

第 4 章计算网格 059

4.1 网格的种类 059

4.2 变量配置 060

4.3 近壁面的网格 060

4.4 非结构化网格的使用注意事项 061

第 5 章离散化方法和计算算法 064

5.1 离散化方法 064

5.2 空间微分项的离散化 065

5.3 时间微分项的离散化与时间推进法 068

5.4 压力和速度的耦合方法 070

5.5 联立一次方程的解法 074

5.6 并行计算 077

第 6 章边界条件 079

6.1 壁面边界条件（流场） 079

6.2 流入与流出边界条件 085

6.3 LES 的流入脉动风生成方法 087

6.4 侧面及高空边界条件 094

6.5 关于热的边界条件 094

6.6 物质扩散相关边界条件 098

第 7 章初始条件 099

第 8 章时间步长幅度 100

第 9 章收敛条件 102

第 10 章模拟时间 104

10.1 使用稳态 RANS 模型模拟的情形 104

10.2 使用非稳态 RANS 模型或 LES 时的助跑模拟 104

10.3 使用非稳态 RANS 模型或 LES 时的正式模拟 104

第 11 章编制报告 106

11.1 模型验证 106

11.2 模型评估 107

11.3 报告撰写 109

参考文献 110

第 3 篇城市风环境预测的 CFD 应用指南 …………………………………………………… 123

第 1 章前言 123

第 2 章 RANS、LES 的共通整体指南 124

2.1 模拟区域 124

2.2 建筑物和障碍物的模型建立 124

2.3 计算网格 125

2.4 求解算法 126

2.5 初始条件 126

2.6 时间步长 126

2.7 报告编制 126

第 3 章使用湍流模型的 RANS 模拟方法指南 128

3.1 湍流模型 128

3.2 计算网格 128

3.3 离散化方法 129

3.4 边界条件 129

3.5 收敛条件 131

3.6 计算时间 132

第 4 章使用湍流模型的 LES 模拟方法指南 133

4.1 湍流模型 133

4.2 计算网格 133

4.3 离散化方法 134

4.4 边界条件 134

4.5 收敛条件 135

4.6 计算时间 135

第 5 章不同模拟条件对模拟结果影响的研究案例 137

5.1 1 ∶ 1 ∶ 2 单体建筑模型的周边流场（LES） 137

5.2 伴有气体排放的单体建筑模型周边的浓度场（RANS） 145

参考文献 154

资料篇 CFD 模拟精度验证用实验数据库 …………………………………………………… 157

第 1 章单体建筑模型（1 ∶ 1 ∶ 2 棱柱） 159

1.1 实验概况 159

1.2 实验条件 159

1.3 实验结果 160

第 2 章单体建筑模型（1 ∶ 1 ∶ 4 棱柱） 161

2.1 实验概况 161

2.2 实验条件 161

2.3 实验结果 162

第 3 章简化建筑群模型 163

3.1 实验概况 163

3.2 实验条件 163

3.3 实验结果 164

第 4 章街区内的高层建筑模型 165

4.1 实验概况 165

4.2 实验条件 166

4.3 实验结果 166

第 5 章真实城市模型 169

5.1 实验概况 169

5.2 实验条件 171

5.3 实验结果 171

第 6 章新宿副都心模型 173

6.1 实验概况 173

6.2 实验条件 174

6.3 实验结果 176

第 7 章树木模型 178

7.1 实测概况 178

7.2 实测条件 178

第 8 章伴随污染物扩散的单体建筑模型（1 ∶ 1 ∶ 2 棱柱） 180

8.1 实验概况 180

8.2 实验条件 180

8.3 实验结果 181

第 9 章伴随污染物扩散的单体建筑模型（立方体） 183

9.1 实验概况 183

9.2 实验条件 184

9.3 实验结果 184

第 10 章非等温流场中污染物扩散的单体建筑模型（1：1：2 棱柱） 186

10.1 实验概况 186

10.2 实验条件 186

第 11 章等温流场中污染物扩散的立方体建筑群街区模型 189

11.1 实验概况 189

11.2 实验条件 189

第 12 章非等温流场中线源污染物扩散的立方体群街区模型 191

12.1 实验概况 191

12.2 实验条件 191

第 13 章伴随污染物扩散的真实建筑物群（大学校园）模型 195

13.1 实验概况 195

13.2 实验条件 195

参考文献 197

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Abstract

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