Kentsel planlayıcılar ve mühendisler, en yaygın kullanılan paketlerden biri olan gelişmiş hesaplama araçlarına giderek daha fazla yöneliyor, kentsel alanların dijital dinamikleri (CFD) yazılımları arasında, rüzgar akışının binaları ve diğer kentsel yapıları analiz etmek için vazgeçilmez hale geliyor. Ansys Fluent, en yaygın kullanılan esnek paketlerden biri, inşa edilmiş ortamlarda karmaşık rüzgar fenomenlerini simüle etmek için gerekli olan bir kılavuz sunuyor.

Rüzgar Akışı Kentsel Çevreler için Simülasyon Nedir?

Rüzgar akışı simülasyonu, bir şehrin bir bölümünün sanal gösterimini içerir - binalar, ağaçlar, araziler ve açık alanlar dahil - ve sonra bu denklemlerin çeşitli atmosferik koşullar altında nasıl hareket ettiğini hesaplamak. Temel fizik, Navier-Stokes denklemleri tarafından yönetilir, bu da akışkan akışlarda korumayı tanımlar.

Kentsel rüzgar simülasyonları aerodinamik veya endüstriyel ortamlardan farklıdır çünkü atmosfer sınırı tabakası için dikkate almalıdırlar - atmosferin doğrudan Dünya'nın yüzeyi tarafından etkileniyor.Bu katmandaki rüzgar profili üniforma değildir; yüksekliğe ve yüzey kabalığı ile şekillendirilir (bu gelen profili yeniden inşa etmek, ağaçlar, çim).

Ansys Fluent Neden Kentsel Rüzgar Araştırmaları Aracı

Ansys Fluent on yıllardır ana bir yerdedir ve yetenekleri özellikle şehir rüzgar simülasyonu taleplerine karşı iyi bir şekilde karşılanır. Yazılım, ortalama akış çalışmalarından dolayı, RANS modellerinden genellikle tasarım kararları için yeterli detay sağlarken, LES'ler geçici fenomenleri yakalamak için kullanılabilir.

Ansys Fluent'i şehir ölçeği modelleme için güçlü bir uyum sağlayan anahtar özellikler şunlardır:

  • [FONT:0)Robust geometrisi işleme[[DD 1): CAD, BIM veya GIS kaynaklarından, lazer taramalarından triangated yüzeyler dahil olmak üzere karmaşık 3D modelleri ithal edebilir.
  • [FONT:0)Otomatik ve özel ağlama[[DÜT:1): Yazılım hem tetrahedral hem de polihedral ağ katmanını yakın duvar kaplama ve yüzey basıncı tahminleri için kritik olan enflasyon tabakaları ile birlikte sunar.
  • [FONT:0)Boundary koşul kütüphaneleri[[Dönemli: Kullanıcılar standart günlük veya güç yasaları kullanarak atmosferik sınır tabaka profillerini belirtebilir ve değişken rüzgar yönünü ve hızı tanımlayabilirsiniz.
  • [FONT=0) İleri Seviye İşleme[Dönetici: Entegre görselleştirme araçları hız vektörleri, artırılmışlar, kontraseptür haritaları ve ya da yüksekliğe olan hız oranı gibi sayısal ölçümler rapor eder (tipik olarak 1.5-2 metrenin üzerinde).
  • [FONT:0]Scalability[Dönetici: FİLMLER: Fluent, yüzlerce bina ile ilçelerin simülasyonlarına olanak sağlayan çok sayıda iş istasyonu üzerinde verimli çalışır.

Bu yetenekler, planlama izni vermeden önce birçok araştırma çalışmalarında ve gerçek dünya projelerinde onaylanmıştır, örneğin Londra'nın güven verene güven veriyor.

Step-by-Step Ansys Fluent'te Rüzgar Simülasyonu için İş Akışı

Güvenilir bir kentsel rüzgar simülasyonu yapmak dikkatli bir planlama ve yürütme gerektirir. Aşağıdaki adımlar tipik bir iş akışı hazırlarken.Belirliler projenin kapsamına ve mevcut verilere bağlıyken, genel süreç tutarlı kalır.

1. Kentsel Alan Alanın 3D modelini oluşturmak

Herhangi bir simülasyonun temeli ayrıntılı ve doğru geometrik bir modeldir. Kentsel çalışmalar için, model, ilgi alanından en az birkaç yüz metre uzaklıktaki tüm binaları içermelidir, önemli toprak formları ve büyük bitki kümeleri de içerir: Bu geometri için kaynaklar şunlardır:

  • [FONT=0)CAD dosyaları [Dönetici veya mühendislik firmalarından .
  • [FONT:0)GIS verileri[Dönetici:0) belediye açık veri portallarından ayak izi ve yükseklikler inşa etmek gibi.
  • [FONT:0]3D şehir modelleri[DÜDÜT:1), OpenStreetMap, Google Earth (Dikkatli), veya ticari sağlayıcıların platformlarından alınmıştır.

Ağlanabilir, gereksiz ayrıntılar (örneğin, küçük cephe elemanları, pencere çerçeveleri) genellikle geniş ölçekli akış kalıpları üzerinde düşünülmüş gibi, rüzgarı etkileyen önemli mimari özellikleridir. Ancak, büyük aşırı uçlar, tüneller veya yüksek yürüyüş yolları gibi - dahil edilmelidir.

2. İthalat ve Kurulum

Geometri ithal edildiğinde, kullanıcı hesaplama alanını tanımlar. Kentsel simülasyonlar için, alan yeterince yukarı, aşağı yukarı ve yapay sınır etkilerini önlemek için binalar üzerinde olmalıdır.Bir yöne doğru çalışan veya çoklu rüzgar açılarını gerçekleştirmek için ortak bir referans yönüdür.

3. Sınırsal Koşulları Tanımlamak

En kritik sınır koşulu, atmosferik sınır katmanında, rüzgar hızı genellikle bir logaritik yasayı takip eder:

[0]U(z) = (u*/k) ln (z + z0)/z0)).

Z zeminin üstünde yüksek, z0, kullanıcıların bu profili kullanıcı tarafından tanımlamasına izin verir (tipik olarak 0.1-1 m yoğun kentsel alanlar için), u* sürtünme hızıdır ve k, von Kármán sabittir ( ⁇ 0.41). Ansys Fluent, kullanıcıların bu profili kullanıcı tarafından tanımlayabilmelerini sağlar - bir profil dosyası oluşturmak için.Turbulence parametreleri (örneğin, türbülansiyonel enerji ve dağıtım oranı) ayrıca akışları ve akışlar ile elde edilen bir sabit bir akışla modellenir.

4.

Mecnun kalite doğrudan simülasyon doğruluğunu ve istikrarını etkiler. Kentsel modeller polihedral veya kırılmış hexahedral ağlarından yararlanır, bu da hücrede saf tetrahedra'dan daha iyi sayısal doğruluk sağlar. Anahtar ağ gereksinimleri şunlardır:

  • [FONT:0]Inflation katmanları[[DÜT:1]: En az 5-10 prism tabakaları, duvarların yakınında büyük hız gradyanları yakalamak için tüm bina ve zemin yüzeylerden yetiştirilir. İlk hücre yüksekliği yüksek sayı için 30-300 $ değerinde bir y+ değeri elde etmelidir.
  • [FONT:0) Binaların etrafında yeniden tanımlanmak): Hücreler binalar ve dar sokak kanyonlarında akış yapılarını çözmek için daha küçük yapılır.
  • [FONT:0]Volume rafinerisi[[Dönetici: 1)): Yaya düzeyinde çalışmalar için, bu bölgede karar vermenin en üst katında 0 ve 5 metre arasında bir ürün.

Bir ilçe ölçekli model için hücre sayısı genellikle 5 ila 30 milyon hücreden aralığıdır. Medeniyet çalışmaları önerilir - bu sonuçların daha da rafineri ile önemli ölçüde değişmeyeceğini sağlamak için bir coarse ve iyi ağ üzerinde çalışır.

5. Solver Ayarları ve Turbulence Modeling

Sürekli devlet simülasyonları (en çok kentsel planlama değerlendirmeleri için) için, baskı tabanlı çözücü, SIMPLE veya SIMPLEC baskı-velocity coupling algoritması ile seçilir. Türbülans modelleri arasında, gelişmiş duvar tedavisi ile gerçekleştirilebilir k-epsilon modeli, kapalı/out kapı akışları için iyi bir doğruluk ve hesaplama ekonomisi sunar.

Convergence, ikamet edenleri takip ederek (tipik olarak 10-4'ün altında süreklilik ve ivme için düşüyor ve k ve epsilon için 10-5) ve bu entegre miktarları sürüklenme katları veya özellikle dere sahip oldukları gibi kontrol ederek karar verilir.

6. Post-Processing and Interpretation

Simülasyon yakınlaştıktan sonra, Fluent'in post-processing modülü veya dış araçlar (örneğin, Ansys CFD-Post, ParaView) anlamlı bilgi çıkarmak için kullanılır. kentsel planlama için ortak çıktılar:

  • [FONT:0)Velocity büyüklüğü veya büyüklüğüne göre daraltılır[DÜDÜT:1) (1.5-2 m yukarıda yer alan) rahatsızlık veya tehlikeye neden olabilecek yüksek rüzgar hızı alanları tespit etmek.
  • [FONT:0)Wind speed oranları[[[DDDKD 1) (enestrian rüzgar hızı standart bir yüksekliğe göre bölünmüş) göreli risk karakterize etmek için.
  • [FONT:0]Streamlines ve yol hatları[Dönler: 1 ) Hava akış yollarını ve recirkülasyon bölgelerinin görselleştirilmesi için.
  • [FONT:0)Basın dağıtımları [Döneticileri İnşaat rüzgarı değerlendirmesi için bina cephelerinde).

Örneğin, 5 m / üzerinde rüzgar hızları genellikle 15 m / s güvenlik tehlikeleri üzerinde hızlar dikkate alınırken, 5 m / üzerindeki rüzgar hızları genellikle uzun süre oturmaktan rahatsız edilir.

Ansys Fluent'i Kentsel Planlama için kullanmanın Faydaları

CFD simülasyonunun planlama sürecine entegrasyonu, yaşam ve çevresel performans açısından somut gelişmeler verir.

Pedestrian Comfort ve Güvenlik

Yüksek rüzgar ivme alanları (örneğin, bina köşeleri veya yüksek yapıların altında), planlayıcılar tasarımda erken işlem önlemleri uygulayabilirler - ek kanopları, rüzgar kırıcılar veya stratejik bitki örtüsü - inşaattan sonra geri çekilmek için. Örneğin, simülasyonlar oturma bölgelerinin yerleştirilmesini ve açık havuzdaki kafelerin azaltılmasını sağlayabilir.

Hava Kalitesi ve Doğal Havalandırma

Rüzgar akışı doğrudan NO2 ve katılımcının trafikten vazgeçilmesi gibi kirleticilerin dağılımını etkiler. CFD simülasyonlar, sokak kanyonlarını tasarlamaya ve doğal havalandırmayı geliştiren geometrileri inşa edebilir, böylece kirletici iklimlerin azaltılmasına yardımcı olur.

Bina Enerji Performansı

Rüzgar koşulları, bina kabuğundan ısı kaybı ve doğal havalandırma sistemlerinin performansından etki eder. Fluent simülasyonlarından elde edilen doğru rüzgar basıncı katsayıları, güneş yerleştirmesini optimize etmek için enerji modellemesini (örneğin, Enerji Bankası aracılığıyla) oluşturmak için ısı kaybını etkiler.

Data-Driven Design Decisions

Belki de en büyük fayda, nicel kanıtlarla tahmin edilebilir. Planlayıcılar birden fazla tasarım alternatiflerini (düşükleri, yönelimleri, geri yükleme mesafelerini) kontrollü bir şekilde karşılaştırabilir, rüzgar konforları, görünüş koridorları, güneş erişimi ve yoğunluk arasındaki ticaret-offlarını değerlendirebilir.

Gerçek Dünya Uygulamaları ve Vaka Çalışmaları

Ansys Fluent, dünyanın dört bir yanındaki ikonik kentsel projelerde uygulanmış. Örneğin, Londra'nın Kralı'nın Cross bölgesinin yeniden geliştirilmesi, yeni meydanlar ve halk uzayları boyunca ya da rahatlatan simülasyonların sağlanması için geniş bir rüzgar test ve CFD modellemeye katıldı.

Akademik çalışmalar ayrıca Fluent'in performansını da doğrulamaktadır. A 2020 study published inurFLT:0)Building and Environment), Fluent LES sonuçları ile kıyaslanmış bir bölge için 1200 ölçekli bir model için, metodolojinin yaya seviyesindeki hız ve çalkantısal yoğunluğu doğru bir şekilde doğru bir şekilde doğru bir şekilde doğru bir şekilde doğrulandığını onaylayın ().

Kentsel Rüzgar Simülasyonunda Zorluklar

Onun gücüne rağmen, şehir planlaması için Ansys Fluent kullanmak engelsiz değildir.

  • [FONT:0)C ⁇ kaynakları[Dönetici: Yüksek sadakat simülasyonları milyonlarca hücre ile olan yüksek çözünürlük ve genellikle yakınlaştırmaları için saatlerce veya günler sürebilir. LES yerine getirmez simülasyonlar haftalar sürebilir, araştırma veya kritik projeler için kullanımlarını sınırlandırabilir.
  • [FONT:0)Expertise gereksinimi[[Dönetici: Sınır koşulları kurmak, türbülans modellerini seçmek ve sonuçları yorumlamak, derin CFD bilgi talep eder. Birçok planlama bölümü kurumda eksik ve danışmanlara güvenmek gerekir.
  • [FONT:0) Model belirsizlik: Geometrik basitleştirmelerden, kabalıkların yaklaşık tahminleri ve sınır koşul girişleri sonuçları ortaya koyar.
  • [FONT:0]Yönerge kabul[[[Dönergesel kabul[[Dönetici:0)[[[Dönergesel kabul[[[Dönetici: 1): Bazı yetkiler hala büyük gelişmeler için fiziksel rüzgar tünel testlerini gerektirir, birincil kanıtlardan ziyade, CFD'yi görüntülemek.

Kentsel rüzgar simülasyonunun geleceği, daha hızlı, daha ucuz ve kentsel yönetim sistemleri ile daha entegre hale getiriyor. Birkaç trend ortaya çıkıyor:

  • [FONT=0]Makine öğrenme sorguları[[Döneticiler[Döneticiler)[değiştir | kaynağı değiştir]: Her fikir için tam bir kullanım için gerekli olan ihtiyacı azaltılabilir.
  • [[Dönetici simülasyonu[[[Dönetici: Asys Cloud gibi platformlar, tasarımcılar büyük kümelere sahip olmadan yüksek sadakat simülasyonlarını çalıştırmaya izin verir, daha küçük firmalar için giriş bariyerini azaltır.
  • [FONT:0) Dijital ikizlerle ilgili olarak [Döneticiler: Şehirler dijital ikizler geliştirirken – gerçek zamanlı dijital kopyalar fiziksel varlıkların gerçek zamanlı olarak güncellenebilir -CFD modelleri canlı hava verileri ile güncellenebilir (örneğin, IoT sensörlerinden) gerçek zamanlı rüzgar uyarıları veya HVAC kontrol ayarlamaları sağlar.
  • [FONT:0) Otomatik ağ geçidi ve AI-assisted geometri[Dönetici: 1) GIS'den gelen ayak izi otomatik olarak ithal edilebilir, ağlanabilir ve minimum kullanıcı müdahalesi ile simülasyona konulabilir, Şehir Planlaması yazılım süitleri City veya Rhino gibi rutin bir parça.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Ansys Fluent, kentsel yapılar etrafında rüzgar akışını basitleştirmek için kentsel planlayıcılar ve mühendislere sağlam bir platform sunuyor, daha güvenli, daha rahat ve sürdürülebilir şehirlere yol açan öngörüler sunmak için. Tehlikeli rüzgar noktalarının doğal havalandırmayı optimize etmek ve enerji performansı oluşturmak için, CFD'nin uygulanması, ileri görüşlü ve iklim değişikliği gibi standart bir uygulama haline geliyor, çünkü ansiklopedi gibi sorunlar, bulut bilişiminde devam eden gelişmeler, makine öğrenimi ve dijital entegrasyon engeller.Dünyadaki şehirler yoğunlaştığı gibi aşırı rüzgar olayları artıyor.