מתכננים עירוניים ומהנדסים הופכים יותר ויותר כלים חישוביים מתקדמים לערים עיצוב אשר משלבות את צפיפות עם מינוף של כלים אלה, דינמיקות נוזלי חישוביות (CFD) תוכנה הפכה חיונית לניתוח רוח לזרום סביב מבנים מבנים אחרים עירוניים. Ansys Fluent, אחד מחבילות פיתוח נרחבות יותר של CFD, מציע את העדינות והגמישות הדרושים כדי לדמות תופעות מורכבות בנוי על ידי יצירת מודלים דיגיטליים של משוואות אוויריות, ופתרונות אוויריים, על פני השטח, על ידי פיתוח, על פני השטח של אזורים עירוניים, כדי לשפר את המשתנים, על ידי מתודולוגיה, כדי לשפר את המשתנים, על ידי מתודולוגיה של מתודולוגיה, על ידי מתודולוגיה של מתודולוגיה של מתודולוגיה של מתודולוגיה, כדי לשפר את המשתנים, על ידי מתודולוגיה של מתודולוגיה של מתודולוגיה, על ידי תכנון אוויריים רחב יותר, על ידי פיתוח רחב יותר, על ידי מתודולוגיה, על ידי מתודולוגיה של מתודולוגיה, על ידי פיתוח רחב יותר, כדי לשפר את המשתנים, כדי לשפר את המשתנים, על ידי פיתוח רחב יותר, על ידי מתודולוגיה של מתודולוגיה, כדי לשפר את המשתנים, כדי לשפר את הגמישות, כדי לשפר את ה

מהו Wind Flow Simulation for Urban Environments?

סימולציה של זרימת הרוח כוללת בניית ייצוג וירטואלי של חלק של עיר - כולל מבנים, עצים, שטח פתוח - ולאחר מכן חישוב כיצד האוויר עובר דרך החלל הזה בתנאים אטמוספריים שונים.הפיזיקה הבסיסית נשלטת על ידי משוואות Navier-Stokes, המתארות את שימור המסה, המומנטום, ואנרגיה בזרימת נוזל.

סימולציות רוח עירוניות נבדלות מאלה באקלים או בהגדרות תעשייתיות משום שהן חייבות לקחת בחשבון את שכבת הגבול האטמוספרית – האזור של האווירה המושפעת ישירות על פני כדור הארץ.פרופיל הרוח בשכבה זו אינו אחיד; הוא משתנה עם גובה והוא מעוצב על ידי גסות פני השטח (בניות, עצים, עשבים, מודל זה כראוי הוא קריטי עבור תוצאות מציאותיות, סימולציות עירוניות לעתים קרובות דורשות גדולות של מאות מטרים, ומכשולים מורכבים, כי הם מורכבים, כי הם מתחמי עצבות מורכבות, מתחמי עצבות, כי הם מתחמי עצבות, מתחמיים, כי.

מדוע Ansys Fluent הוא כלי הבחירה ללימודי רוח עירונית

Ansys Fluent כבר כנופי הראשי ב-CFD במשך עשרות שנים, ויכולותיו מתאימות במיוחד לדרישות של סימולציה רוח עירונית.התוכנה מציעה מגוון של מודלים סוערים - החל מ-Ryris-Averaged Na-Stokes (RANS) גישות כמו k-epsilon ו- k- k- k-Oga SST לשיטות מתקדמות יותר של אדמדיציה) – המאפשרות לאבחון מדויק, לעתים קרובות, כגון לכידת דיוק, או הולכי רגל, כגון, כגון הולכי רגל, לעתים קרובות, או הולכי רגלים, הולכי רגל.

תכונות מפתח שהופכות את Ansys Fluent מתאים חזק עבור מודלים בקנה מידה עירוני כוללים:

  • (FLT:0)Robust Geocio TreatmentFLT:1: זה יכול לייבא מודלים מורכבים 3D מ- CAD, BIM או מקורות GIS, כולל משטחים מסורק לייזר.
  • (FLT:0) הוא מוקרן ומותאם אישית מ- 1: התוכנה מציעה הן tetrahedral ופוליhedral מחלחלות עם שכבות אינפלציה לפתרון שכבת הגבול ליד הקיר, קריטי עבור מדויק קיר Shear ותחזיות לחץ על פני השטח.
  • (FLT:0) ספריות מצביות מורכבות (FLT:1): משתמשים יכולים לציין פרופילים של שכבת גבול אטמוספרית באמצעות חוקי לונארית או כוח סטנדרטיים, ולהגדיר כיוון רוח משתנה ומהירות.
  • (FLT:0) מתקדם לאחר עיבוד של 1 בינואר: כלי הדמיה משולבים מייצרים וקטורים מהירים, קווי זרם, מפות קוטור, ודיווח על מדדים כמותיים כגון יחס המהירות הממוצע בגובה הולכי רגל (בדרך כלל 1.5-2 מטרים מעל הקרקע).
  • (ב) ⁇ :0) , ⁇ ⁇ : פלורנט פועל ביעילות על עבודות מרובות-core, כמו גם על ידי מקבץ מחשוב ביצועים גבוהים, המאפשר סימולציות של מחוזות עם מאות מבנים.

יכולות אלה אושרו במחקרים רבים ובפרויקטים בעולם האמיתי, מה שמעניק למתכננים ביטחון בתוצאות.לדוגמה, העיר של לונדון משתמשת בסימולציות CFD, המבוצעות לעיתים קרובות עם פלורנט, להעריך את תנאי הרוח סביב גורדי שחקים המוצעים לפני מתן אישור תכנון (FLT:0City of London Windmicroclimate ReferenceveF:1LT).

שלב-בי-שלב-שלב-העבודה של Wind Simulation ב- Ansys Fluent

ביצוע סימולציה רוח עירונית אמינה דורש תכנון קפדני וביצוע.הצעדים הבאים מכנים זרימת עבודה טיפוסית. בעוד הפרטים תלויים בהיקף הפרויקט ונתונים זמינים, התהליך הכללי נשאר עקבי.

יצירת מודל 3D של האזור העירוני

הבסיס של כל סימולציה הוא מודל גיאומטרי מפורט ומדויק.עבור מחקרים עירוניים, המודל צריך לכלול את כל המבנים בתוך רדיוס של לפחות כמה מאות מטרים מאזור העניין, כמו גם קרקעיים בולטים ואשכולי צמחייה גדולים.

  • (ב) ,0CAD קבצים מלשכת 1:1) מחברות אדריכליות או הנדסה.
  • (ב) ,0) ,GIS DataBuildingצורות וגבהים של פורטלי נתונים פתוחים עירוניים.
  • (FLT:0) מודלים עירוניים 3D (FLT:1) מפלטפורמות כמו OpenStreetMap, Google Earth (עם זהירות), או ספקי מסחר.

כדי לשמור על מוליכים לניהול, פרטים מיותרים (למשל, אלמנטים חזיתיים קטנים, מסגרות החלון) מושתמטים לעתים קרובות, כפי שיש להם השפעה רשלנית על דפוסי זרימה בקנה מידה גדול.עם זאת, תכונות ארכיטקטוניות משמעותיות המשפיעות על הרוח - כגון יתרות גדולות, מנהרות, או הליכה גבוהה - יש לכלול.המודל הוא בדרך כלל מייצא ב- STEP, IGES, או פורמט STL ו-"ש"ש"ב"בסביבה"מתאים לסביבה.

2.ייבוא והגדרה

ברגע שהגאומטריה מיובאת, המשתמש מגדיר את התחום החישובי.עבור סימולציות עירוניות, התחום צריך להרחיב מספיק גבוה במעלה הזרם, מטה הזרם, ומעל המבנים כדי להימנע מאפקטי גבול מלאכותיים.כלל משותף של אצבע הוא להציב את האינטרול חמש פעמים גובה הבניין הגבוה ביותר במעלה במעלה הזרם, הגבול העליון שלוש פעמים גובה, ואת 10 פעמים כי גובה למטה הזרם.

3.ההגנה על תנאי Boundary

מצב הגבול הקריטי ביותר הוא פרופיל אינלט.בשכבת הגבול האטמוספרי, מהירות הרוח בדרך כלל באה בעקבות חוק גוג'י:

(ב) ⁇ (ב) ⁇ (=0) ln ((ז) ln(z + z0)/z0)

כאשר z הוא גובה מעל הקרקע, Z0 הוא אורך העמידות פני השטח (בדרך כלל 0.1-1 מ' עבור אזורים עירוניים צפופים), u * הוא מהירות החיכוך, ו k הוא קבוע פון Kármán ( ⁇ 0.41). Ansys Fluent מאפשר למשתמשים להגדיר פרופיל זה באמצעות פונקציות מרוחקות שטח מוגדרות (UDFs) או על ידי יצירת קובץ פרופיל.

4.האסטרטגיה

איכות Mesh משפיעה ישירות על דיוק סימולציה ויציבות.מודלים עירוניים נהנים פוליההדרל או מלשות hexahedral, אשר מספקים דיוק מספרי טוב יותר לתאי מאשר tetrahedra טהור.

  • (FLT:0) שכבות של אינפלציה (FLT:1): לפחות 5-10 שכבות prism גדלים מכל המבנים ומשטחים הקרקעיים כדי ללכוד את המהירות הגדולה ⁇ s ליד קירות.גובה התא הראשון צריך לתת ערך y+ של כ 30-300 עבור פונקציות קיר מספר גבוה של בעלי ערך גבוה.
  • (ב) ⁇ :0) ,התמדה סביב מבנים: תאים קטנים יותר בשלהי העיר של מבנים ובקניונים רחוב צרים כדי לפתור את המבנים.
  • (ב) (ב):0) ,Volume חדד (FLT:1): עבור מחקרים ברמת הולכי רגל, תיבת זיכוך נוצרת לעיתים קרובות בין 0 ל 5 מטרים מעל הקרקע כדי לשפר את ההחלטה באזור זה.

ספירת תאים למודל אזורי טווח בדרך כלל נע בין 5 ל-30 מיליון תאים.מחקרי עצמאות מרש מומלץ - הפעלת סימולציות על קוהרזה וכובע דק כדי להבטיח כי התוצאות לא משתנות באופן משמעותי עם זיכוך נוסף.

5. Solver Settings ו- Turbulence Modeling

עבור סימולציות קבועות של המדינה (המועילות עבור רוב הערכות התכנון העירוניות), המוכר מבוסס הלחץ נבחר עם ה- SIMPLE או SIMPLEC לחץ הפיכה אלגוריתם הפיכה של ההפרעות העירוניות, מודל k-epsilon האמיתי עם טיפול קיר משופר מציע איזון טוב של דיוק וכלכלה חישובית עבור זרימת מקורה / דלתות.עבור תופעות מפורטות יותר, את קנה המידה (דמיון גבוה יותר) אבל גבוה יותר (Sulation גבוה יותר) אבל גבוה יותר (דמיון גבוה יותר) אבל אדמי חישובית) אבל גבוה יותר (דמיון גבוה יותר) אבל גבוה יותר (דמיון גבוה יותר) אבל גבוה יותר (דמיון גבוה יותר) אבל סימולציה גבוהה יותר (דמיון גבוה יותר) אבל סימולציה גבוהה יותר) אבל סימולציה גבוהה יותר (דמיון גבוה יותר) אבל סימולציה גבוהה יותר (דמיון גבוה יותר) אבל סימולציה גבוהה יותר (דמיון (דמיון גבוה יותר) אבל גבוה יותר) אבל סימולציה גבוהה יותר (דמיון יכול להיות גבוה יותר (דמיון גבוה יותר) אבל גבוה יותר) אבל גבוה יותר (דמיון גבוה יותר) אבל גבוה יותר (דמיון גבוה יותר)

קונורנס נשפט על ידי ניטור שאריות (בדרך כלל נופל מתחת 10-4 עבור המשכיות ומומנטום, ו 10 -5 עבור k ו-epsilon) ועל ידי בדיקת כמויות משולבות כגון גרר קורט או מהירויות בבדיקות ספציפיות להיות יציב.

6.פוסט-הפצה ופרשנות

לאחר הסימולציה מתתכנסת, מודול לאחר עיבוד של פלונט או כלים חיצוניים (למשל, Ansys CFD-Post, ParaView) משמשים כדי להפיק מידע משמעותי.

  • (הרחבה:0) קווי מתאר בגודל של הולכי רגל בגובה הולכי רגל 1 (1.5-2 מ' מעל פני הקרקע) לזהות אזורים של מהירות רוח גבוהה שעלולים לגרום לאי נוחות או לסכנה.
  • (FLT:0) יחס מהירות ווינד (Verwindמהירויות מהירות) 1 (מהירות רוח pedestrian מחולק על ידי מהירות רוח ההתייחסות בגובה סטנדרטי) לאפיין סיכון יחסי.
  • (ב) ויקרא י"א: ויקרא י"ד, ו[[1924]]]]
  • (ב) ,0) התפלגות פיזור (FLT) 1 על חזיתות בנייה עבור הערכת עומס רוח מבנית.

קריטריונים קוונטיים מהנחיות כגון FLT:0ASHRAE HandbookFelo 1FLT או Lawson קריטריונים משמשים כדי להעריך נוחות הולכי רגל וסף בטיחות עודף.לדוגמה, מהירויות רוח מעל 5 מ' / הולכי רגל ברמה הולכי רגל נחשבות לעתים קרובות לא נוח עבור ישיבה ממושכת, בעוד מהירויות מעל 15 מ"מ / s מציבות סכנות בטיחות.

היתרונות של שימוש ב- Ansys Fluent לתכנון עירוני

שילוב של סימולציה CFD לתוך תהליך התכנון מניב שיפורים מוחשיים באיכות החיים וביצועים סביבתיים.

נוחות ובטיחות

על ידי ציון אזורים של האצה רוחית גבוהה (לעתים קרובות סביב פינות בנייה או מתחת מבנים גבוהים), מתכננים יכולים ליישם אמצעי הפחתה מוקדם בתכנון - כגון הוספת קנופיות, פריצים רוח, או צמחייה אסטרטגית - במקום רטרופטיזציה לאחר הבנייה. לדוגמה, סימולציות יכולות להודיע את המיקום של אזורי ישיבה ומרפסות בית קפה חיצוניות במקומות מוגנים.

איכות האוויר והדרכה טבעית

זרימת הרוח משפיעה ישירות על הפיזור של מזהמים כגון NO2 ו חלקיקים חומר מן התנועה. סימולציות CFD לעזור עיצוב רחוב קאנוני ובניית גיאוגרפיות אשר משפרות את האוורור הטבעי, ובכך להפחית הצטברות מזוהמת.באקלים מבוקר קיץ, שיפור זרימת האוויר יכול גם להפחית את אפקט החום על ידי קידום קירור משותף.

בניית ביצועי אנרגיה

תנאי הרוח משפיעים על אובדן חום מעודנות בנייה וביצוע של מערכות אוורור טבעיות. Accurate Wind Pressure coefficients נגזר סימולציות פלורנט להאכיל בבניית אנרגיה מודלים (למשל, באמצעות אנרגיהPlus) כדי להתאים את מיקום החלון, גילוח, HVAC sizing.זה מפחית צריכת אנרגיה ועלויות תפעוליות, תורמת למתקנים ירוקים כגון LEEEA או BRM.

החלטות עיצוב נתונים-Driven

אולי היתרון הגדול ביותר הוא החלפת ניחושים עם ראיות כמותיות.מתכננים יכולים להשוות חלופות עיצוב מרובות (גבהים בנייה, אוריינטציה, מרחקים מתפתל) באופן מבוקר, הערכת פערי סחר בין נוחות רוח, מסדרונות ראייה, גישה סולארית ודחיסות. גישה זו מבוססת ראיות תומכת תקשורת שקופה עם בעלי עניין וגופים רגולטוריים.

יישומים אמיתיים ומקריות

אנליסט מוחל בפרויקטים עירוניים אייקוניים ברחבי העולם.לדוגמה, הפיתוח מחדש של אזור הצלב של לונדון מעורב בניסויי מנהרה רוח נרחבים ו-CFD מודלים כדי להבטיח נוחות הולכי רגל על פני הכיכרות החדשות והמרחבים הציבוריים.ב סינגפור, החוקרים השתמשו בחליל כדי ללמוד זרימת רוח בדיור גבוה כדי לשפר את הבשלות הטבעית ולהקטין את העומסים הבולטים של מזג האוויר, שם סייע ללכידתו של המגדל של העיר, כדי ללכוד את גלאורדדר, כדי ללכוד את גלאומטריה ציבורית, במקום שבו הוא מגדל האוויר של העיר, במקום שבו הוא מסוגל לדגמי הרוח, במקום שבו הוא מסוגל לדגמי הרוח, כדי ללכוד את גלדיאטורים של סיביר של העיר, במקום שבו הוא מסוגל לדגמי הרוח, כדי ללכוד את גלאורד, כדי לשפר את גלאורדינט, כדי לשפר את הסימולציות אוויר קריר יותר, כדי לשפר את הסימולציות אוויר קריר יותר, במקום שבו הוא מסוגל לדגמי הרוח, במקום שבו הוא קירור המגדל של העיר, כדי לשפר את הסימולציות אוויר קריר יותר, כדי לשפר את המגדל של סיביר של העיר, כדי לשפר את הסימולציות אוויר קריר יותר, כדי לשפר את הסימולציות ציבוריות, כדי לשפר את גלדיאטה, במקום שבו הוא

מחקרים אקדמיים גם לאמת את ביצועיו של פלורנט (A 2020) שפורסם בשנת 2018 ב-FLT:0 (בניין וסביבתה) 1 בהשוואה לתוצאות של פלורנט נתונים למנהרה בקנה מידה 1:200 של מחוז, המאשר כי המתודולוגיה חזתה במדויק מהירות ועוצמה סוערת ברמה הולכי רגל (FLT:2Simulation of Urban Wind Flow: השוואה של s ו-FLT).

אתגרים ב- Urban Wind Simulation Using Fluent

למרות כוחו, באמצעות אנליסט פלונט לתכנון ערים לא ללא תקלות.

  • (FLT:0) משאבים חישוביים 1FLT: סימולציות נאמנות גבוהה עם מיליוני תאים דורשות חומרה חזקה ולעיתים קרובות לוקח שעות או ימים כדי לתכנס.
  • (FLT:0) דרישות אקספרטטיזציה של דרישות סעיף 1: קביעת תנאי גבול, בחירת מודלים להפרעות, ופירוש תוצאות דורשות ידע עמוק של CFD. מחלקות תכנון רבות חסרות מומחיות בבית וחייבות להסתמך על יועצים.
  • (ב) [ה]: [ה] [ה]: אי-ודאות בלתי-סבירה מן הפשטות הגיאומטריות, ההאשמות המחוספסות, ותנאי הגבול מתפשטים לתוצאות.מחקרים רגישים הם חיוניים אך מוסיפים זמן.
  • (FLT:0) קבלת אישור רישום: חלק מהסמכות השיפוטיות עדיין דורשות בדיקות מנהרה פיזית עבור התפתחויות גדולות, צפייה ב-CDC כתוספתן ולא בראיות ראשוניות.

מגמות עתידיות: AI, Real-Time Data, and Cloud Computing

העתיד של סימולציה רוח עירונית הוא להפוך אותו מהר יותר, זול יותר, ומשולב יותר עם מערכות ניהול עירוניות.

  • (FLT:0) Machine Learning HoldingsFLT:1: רשתות נילי שהוכשרו על אלפי סימולציות פלורנטיות יכולות לחזות כעת תנאי רוח ברמת הולכי רגל תוך שניות, מה שמאפשר חקר עיצוב אינטראקטיבי.
  • (FLT:0Cloud-basedסימולציותFLT:1: פלטפורמה כמו Ansys Cloud מאפשרת למעצבים לרוץ סימולציות נאמנות גבוהות ללא צורך במקבץ גדול, הורדת מחסום הכניסה לחברות קטנות יותר.
  • (FLT:0) אינטגרציה עם תאומים דיגיטליים: כמו ערים לפתח תאומים דיגיטליים - העתקים דיגיטליים בזמן אמת של נכסים פיזיים - מודלים CFD יכולים להיות מעודכנים עם נתוני מזג אוויר חיים (למשל, מחיישנים) כדי לספק אזהרות של ממש בזמן אמת או התאמות בקרה HVAC.
  • (FLT:0) Automated meshing ו- AI-Aassisted GeoFLT:1: בקרוב, בניית עקבות מ GIS ניתן לייבא באופן אוטומטי, מחוספס, וסימולציה עם התערבות מינימלית של משתמשים, מה שהופך את CFD חלק שגרתי של תוכניות תכנון עירוניות כמו CityEngine או Rhino.

מסקנה

Ansys Fluent מציעה מתכננים עירוניים ומהנדסים פלטפורמה חזקה לסימולציה של רוח לזרום סביב מבנים עירוניים, מתן תובנות שמובילות לערים בטוחות יותר, נוחות יותר, בר קיימא.מזהה נקודות חמות מסוכנות לקידוד של ventilation טבעי ויצירה של ביצועים אנרגיה, היישום של CFD הופך לפרקטיקה סטנדרטית בעיצוב עירוני קדימה, בעוד אתגרים כגון עלות חישוביות וצורך בידע מומחה, נשארים אינטגרציה מתקדמת יותר, כמו התחממות כדור הארץ, כמו התחממות כדור הארץ כהה יותר, כמו התחממות כדור הארץ.