城市规划CFD模拟设计的数字化研究

【摘要】介绍了如何建立CFD模拟中城市数字模型。CFD模拟应用在城市规划与城市气候关系的研究中，准确、合理的CFD城市数字模型是进行研究的关键。将复杂的城市转化为可在CFD中进行仿真模拟的数字模型，需将城市中的建筑材料性质、水体的数字模型以及城市特征转化为CFD模型的数字参数，以及模拟的边界条件的建立等。还对该方法的结果进行了分析和总结。

【关键词】CFD模拟，城市规划，数字模型，

DIGITAL MODEL of CFD SIMULATION design for urban planning

1  引言

城市化是社会经济发展的必然，城市化也必然带来了城市问题和环境问题，激化了人口、资源、环境的矛盾。这些矛盾唤起了人类对传统工业与工业城市的反思以及人类生态文明的觉醒，也增强了人类生态意识和对城市可持续发l的科学理解的逐渐深入。20世纪80年代初，原苏联生态学家亚尼茨基（Yanitsky，1984）和生态学家理查德·雷吉斯特（Register，1987）等学者提出了创造生态城市的理想生态模式。在生态城市中，技术与自然充分的结合，人的创造力和生产力得到最大限度的发挥，居民的身心健康和环境质量得到最大的保护，物质、能量、信息高效利用，生态良性循环的一种理想的栖境。

城市气候作为大区域大气候背景下形成的一种相对独立的小气候，它与城市的发展和人类活动密切相关。地域气象要素决定了传统城市形态的特点，良好的城市空间及宜居条件的设计有助于改善城市微气候，而良好的城市微气候有利于改善城市环境的热舒适性并有助于实现建筑及城市节能的目标。本饕韵娜榷冷地区的武汉市为研究对象，通过建立武汉市城市数字模型，利用仿真模拟来研究城市与城市气候环境的关系，从而为更加合理的城市设计，改善城市热环境以及建筑及城市节能提供有效的参考依据。

计算流体力学（Computational Fluid Dynamics，简称CFD）是流体力学的一门分支学科，始于本世纪三十年代初的计算机模拟技术，其集流体力学、数值计算方法以及计算机图形学于一体。它是一种用于分析流体流动性质的计算技术, 包括对各种类型的流体在各种速度范围内的复杂流动在计算机上进行数值模拟计算。运用CFD技术对一定空间中的气流建立流体的湍流模型，再根据提供的合理的边界条件和参数，可以对该空间内的流体流动形成的温度场、速度场和浓度场进行仿真模拟，并直观的显示其设计结果。使用者根据设计结果对其进行合理的分析研究，不断优化设计方案，寻找有规律性的知识，从而更好的指导工程设计。

城市是一个复杂的物质实体，在城市之中，除了坐落了各种各样的建筑物之外，还存在着各种各样的自然地貌如山体、河流、湖泊、盆地等等。气象资料中的风速、温度、大气压、太阳辐射等参数，城市中的建筑密度、人口密度、植被以及地形特征对于城市的空间布局都会产生各自的影响。因此，将CFD仿真模拟应用在建筑及城市与城市气候关系的研究中，准确、合理的CFD城市数字模型是进行研究的关键。

随着计算机技术的飞速发展和应用以CFD的发展，将CFD技术应用于城市规划，来研究城市规划中的问题，如模拟气象条件的作用下太阳辐射的影响，以及风场的作用下，城市温度，风的压力，空气龄，无太阳蚪诱丈涫笔媸识鹊炔问的变化。那么，建立相应比例的CFD数字模型，即为CFD模拟的基础性工作。本文以夏热冬冷的武汉市为研究对象，进行CFD模拟仿真分析。通过科学的分析模拟结果，总结分析出实际情况下总体的城市布局与城市气候之间的关系，为城市的规划布局设计、城市空间组织和城市发展提供一定的参考依据。此次研究中，采用美国Fluent公司的软件Airpak对城市与气候的情况进行模拟仿真分析。