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1 绪论1

1.1 城市建筑及街谷微尺度气候环境1

1.1.1 建筑与城市街谷1

1.1.2 街谷微尺度气候环境2

1.2 城市与建筑风环境的研究方法概述3

1.2.1 现场观测3

1.2.2 风洞实验4

1.2.3 数值模拟4

1.3 街谷物理模型及数值预报模式开发5

1.3.1 理想街谷模型5

1.3.2 街谷流动与污染物扩散的（半）经验模式7

1.3.3 街谷流动与污染物扩散的计算流体力学方法10

1.4 实际街谷特征及其对空气流动和污染物扩散的影响12

参考文献17

2 街谷内流场及污染物的现场测量25

2.1 香港深街谷内流场及污染物浓度垂直分布的测量26

2.1.1 实验地点、仪器和方法26

2.1.2 测量结果与分析27

2.2 西安市街谷内污染物浓度的日变化测量30

2.2.1 测量地点与测量仪器30

2.2.2 测量结果与分析32

2.3 结语40

参考文献41

3 大气湍流的大涡模拟方法及亚格子模式43

3.1 大涡模拟的基本原理及控制方程组43

3.1.1 大涡模拟的基本原理44

3.1.2 滤波函数44

3.1.3 大涡模拟的控制方程组46

3.2 大涡模拟的亚格子模式及发展48

3.2.1 亚格子模式及其分类48

3.2.2 涡黏性亚格子模式50

3.2.3 动态混合长度亚格子模式62

3.2.4 动态混合长度亚格子模式的算例及验证67

3.2.5 通用亚格子模式85

3.2.6 通用亚格子模式的算例及验证86

3.3 结语94

参考文献95

4 大涡模拟控制方程的数值解法及应用102

4.1 控制方程离散化及离散方程组求解102

4.1.1 控制方程离散化102

4.1.2 离散代数方程组求解106

4.1.3 开源软件OpenFOAM简介107

4.2 理想街谷内空气流动与污染物扩散的模拟109

4.2.1 数值方法109

4.2.2 理想街谷内流场与污染物浓度分布111

4.2.3 计算区域的影响115

4.2.4 网格分辨率的影响118

4.3 结语122

参考文献122

5 建筑（群）风环境的大涡模拟126

5.1 单体建筑风场的大涡模拟126

5.1.1 几何模型及边界条件126

5.1.2 风洞实验概述127

5.1.3 数值模拟结果及分析129

5.2 建筑群风场及污染物扩散的大涡模拟135

5.2.1 风洞实验与计算条件135

5.2.2 交错式布置建筑群的数值模拟137

5.2.3 阵列式布置建筑群的数值模拟143

5.3 结语147

参考文献147

6 稳定来流条件下街谷内的大气流动及影响参数的模拟149

6.1 街谷形状因子及特征尺度对空气流动与污染物扩散的影响150

6.1.1 真实街谷尺度和实验模化尺度的理想街谷模拟150

6.1.2 真实街谷尺度深街谷内污染物的分布与扩散153

6.2 非均匀街谷内空气流动与污染物的扩散159

6.2.1 非均匀街谷的物理模型及数值模拟159

6.2.2 非均匀街谷参数对街谷内流动的影响162

6.2.3 非均匀街谷参数对街谷内污染物分布及扩散的影响168

6.3 灌木绿化对街谷内流动及污染物扩散的影响171

6.3.1 植被层模式及数值模拟172

6.3.2 绿化街谷内大气流动及污染扩散的数值计算176

6.3.3 绿化植被层对街谷内流动的影响177

6.3.4 绿化植被层对街谷内污染物分布的影响178

6.3.5 街谷顶部污染物的扩散特性180

6.3.6 街谷大气强不稳定条件下的温度分布181

6.4 结语182

参考文献183

7 街谷内物理参数的日变化特征及对大气流动影响的模拟187

7.1 行驶车辆对街谷内空气流动的影响187

7.1.1 机动车运动的曳力模型188

7.1.2 机动车运动诱导流动的模拟方法189

7.1.3 机动车运动诱导的流场模拟190

7.2 真实风环境对街谷内空气流动与污染物扩散的影响199

7.2.1 真实风环境下动态边界条件的设置200

7.2.2 真实来流条件下街谷内流动的数值模拟方法202

7.2.3 真实来流条件下街谷内的大气流动203

7.2.4 真实来流条件下街谷内污染物的分布与扩散211

7.3 街谷内建筑物表面受热方式对空气流动的影响214

7.4 结语215

参考文献216

8 城市街谷内污染物浓度日变化积分效应的综合模拟模式221

8.1 城市街谷内污染物浓度日变化的积分综合模式221

8.1.1 Addison综合模式221

8.1.2 积分综合模式222

8.2 积分综合模式的数值实现224

8.2.1 积分综合模式对街谷非均匀的描述224

8.2.2 机动车尾气排放模型225

8.2.3 背景污染物浓度日变化模式228

8.3 模式应用230

8.3.1 数值实现230

8.3.2 模拟结果与讨论230

8.4 结语231

参考文献231

9 基于多孔介质双流体方法的小区尺度风场大涡模拟234

9.1 多孔介质建筑风场的双流体数学模型235

9.1.1 多孔介质建筑的概念及双流体模型235

9.1.2 多孔介质建筑（群）风场的控制方程组237

9.1.3 多孔介质建筑（群）风场数值计算的流程238

9.2 单体建筑风场的大涡模拟240

9.2.1 计算步骤及实施240

9.2.2 数值模拟结果及分析241

9.3 建筑群风场及污染物扩散的大涡模拟245

9.3.1 计算步骤及实施245

9.3.2 交错式布置建筑群风场及污染物扩散的数值模拟245

9.3.3 阵列式布置建筑群风场及污染物扩散的数值模拟247

9.4 小区尺度风场的多孔介质双流体方法模拟248

9.4.1 计算区域及简化249

9.4.2 网格及边界条件250

9.4.3 数值模拟结果及分析251

9.5 结语259

参考文献260

索引262