鋪面參數(shù)對近地熱環(huán)境的影響研究

【摘要】：城市化進程中,天然地表被人造鋪面取代后,造成近地大氣熱環(huán)境變化,形成城市熱島效應。為了分析路面形式、鋪面材料參數(shù)對近地熱環(huán)境的影響規(guī)律,首先,本文將路面-近地大氣視為一個相互作用的系統(tǒng),進行三維數(shù)值建模,應用計算流體動力學(CFD)的非穩(wěn)態(tài)方法求解控制方程。其次,通過實測數(shù)據(jù)分析了不同下墊面類型、太陽輻射強度等因素對城市近地熱環(huán)境的影響,并對路-氣響應模型的數(shù)值計算結果進行了有效性驗證。最后,利用路-氣響應模型計算并分析了太陽輻射、道路材料特性對建筑群內(nèi)近地熱環(huán)境的影響,并總結了不同鋪面上方空氣溫度分布規(guī)律。主要研究結論如下:①提出了采用正反2個太陽總輻射表組成的雙表測試鋪面表面反射率的試驗方法和以當?shù)卣嫣枙r11:00~13:00的平均值作為鋪面反射率計算方法。②基于計算流體動力學(CFD)方法,考慮太陽短波輻射、熱傳導、對流換熱和鋪面-大氣之間的有效長波輻射,建立了路-氣響應的三維有限元分析模型,通過實測數(shù)據(jù)對路-氣響應的三維有限元結果檢驗表明,該計算模型對白天時段溫度數(shù)值的模擬具有較好的精度,但對夜晚時段,其模擬精度還需進一步優(yōu)化。③晴朗白天時分,草地鋪面上方0~60cm高度范圍內(nèi),氣溫值波動較大。對于硬質(zhì)不透水性鋪面和水泥鋪面來說,該高度范圍值分別為0~50cm,0~100cm。針對大多數(shù)不透水性鋪面,白天時段其路表上方氣溫分布形式可分為三種類型,分別為:日出時分型、日間時分型、傍晚時分型。④針對重慶市解放碑商圈來說,瀝青材料為下墊面的路表溫度場中高溫區(qū)的分布面積明顯多于以水泥和硬質(zhì)不透水性鋪面為下墊面時的高溫區(qū)分布面積,且在溫度值上也相對較高。由此可見,瀝青路面因其較水泥、硬質(zhì)不透水性鋪面有較高的吸收率、比熱,不適宜將其作為小區(qū)或商圈步行街的下墊面。⑤對于商圈步行道路表溫度及上方氣溫而言,其區(qū)域內(nèi)平均的溫度數(shù)值隨著反射率、發(fā)射率、導熱系數(shù)、比熱等參數(shù)的增大而減小,但溫度減小幅度值隨著高度的增加逐漸降低。具體結果:晴朗正午時分,鋪面反射率每增加0.1,路表平均溫度下降0.6℃,路表上方平均氣溫下降0.16℃~0.45℃。進一步分析發(fā)現(xiàn),反射率變化對1.2m高度以下范圍的氣溫值影響顯著,但是對于較高處(≥1.2m高度)的氣溫值,其改善效果較小。綜合分析各材料參數(shù)對近地氣溫的影響可得,通過優(yōu)化材料的反射率和比熱兩個參數(shù),可改善城市熱島效應。 【關鍵詞】：計算流體動力學 不同下墊面類型 材料特性 近地氣溫
【學位授予單位】：重慶交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：U416.2;X16
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 緒論10-20
• 1.1 研究的目的和意義10-11
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀11-18
• 1.2.1 下墊層與近地熱環(huán)境之間的關系11-12
• 1.2.2 路面溫度與近地熱環(huán)境的降溫技術12-16
• 1.2.3 路面溫度場與近地熱環(huán)境的仿真模擬16-18
• 1.3 研究內(nèi)容與技術路線18-20
• 第二章 室外近地熱環(huán)境的數(shù)值解析20-36
• 2.1 室外熱環(huán)境的形成機理20-21
• 2.2 數(shù)值模擬基礎理論21-25
• 2.2.1 流體流動的控制方程(質(zhì)量、動量、能量（運輸）)21-23
• 2.2.2 控制方程的離散及其方法23
• 2.2.3 湍流模型理論23-25
• 2.3 熱平衡方程的建立25-29
• 2.3.1 太陽輻射量26-27
• 2.3.2 長波輻射量27-28
• 2.3.3 反射輻射量28
• 2.3.4 對流換熱量28
• 2.3.5 表面熱導量28-29
• 2.3.6 蒸發(fā)換熱量29
• 2.4 案例分析29-34
• 2.4.1 太陽輻射量設置29-30
• 2.4.2 反射輻射量設置30-34
• 2.5 本章小結34-36
• 第三章 試驗方案制定和實測結果分析36-50
• 3.1 室外試驗方案36-40
• 3.1.1 試驗地點選址36
• 3.1.2 實驗儀器簡介36-37
• 3.1.3 校園室外近地熱環(huán)境實測37-39
• 3.1.4 商圈室外近地熱環(huán)境實測39-40
• 3.2 實測結果分析40-48
• 3.2.1 校園室外近地熱環(huán)境分析40-44
• 3.2.2 商圈室外近地熱環(huán)境分析44-48
• 3.3 本章小結48-50
• 第四章 近地熱環(huán)境數(shù)值模型建立與驗證50-60
• 4.1 數(shù)值模型建立50-54
• 4.1.1 FLUENT軟件簡介50
• 4.1.2 幾何建模50-51
• 4.1.3 計算區(qū)域確定和網(wǎng)格布置51-52
• 4.1.4 邊界條件設置52-54
• 4.1.5 求解參數(shù)設置54
• 4.2 FLUENT模型的精度與有效性驗證54-56
• 4.3 數(shù)值模型應用分析56-59
• 4.3.1 不同高度處溫度場分布56-57
• 4.3.2 不同下墊面溫度場分布57-59
• 4.4 本章小結59-60
• 第五章 室外近地熱環(huán)境影響因素分析60-72
• 5.1 建筑陰影分析60-64
• 5.1.1 建筑陰影計算方法60-61
• 5.1.2 太陽輻射計算方法61-62
• 5.1.3 建筑陰影對近地熱環(huán)境的影響62-64
• 5.2 影響高度分析64-67
• 5.2.1 草地上方空氣溫度分布64
• 5.2.2 硬質(zhì)不透水鋪面與水泥鋪面上方空氣溫度分布64-67
• 5.3 鋪面參數(shù)對近地氣溫的影響67-70
• 5.3.1 反射率的影響68
• 5.3.2 發(fā)射率的影響68-69
• 5.3.3 導熱系數(shù)的影響69-70
• 5.3.4 比熱的影響70
• 5.4 本章小結70-72
• 第六章 結論與展望72-74
• 6.1 主要研究結論72-73
• 6.2 建議與展望73-74
• 致謝74-76
• 參考文獻76-80
• 附錄1 速度進口邊界條件設置80-82
• 附錄2 FLUENT模擬計算結果82-84
• 在學期間發(fā)表的論文和取得的學術成果84

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