《建筑风环境及风压场数值风洞试验标准》.docx

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1、CECSTCECSXXX-2024中国工程建设标准化协会标准建筑风环境及风压场数1【风洞试验标准Standardfornumerica1.windtunne1.testsonwindenvironmentandwindpressurefie1.dforbui1.dings（征求意见稿）XXXX出版社1.0.1为了规范建筑风环境及风用场数值风洞试验技术要求，获得准确的风环境及风压模拟场，确保数值模拟的数据更加具有规范性与适用性，特制定本标准。1.0.2本标准适用于孤立单体或群体建筑的风场模拟，根据研究或设计的需要,可以获得群体布局内部风环境或建筑风压信息。1.0.3建筑风环境模拟或风压模拟除应符

2、合本标准规定外，尚应符合国家及行业现行有关标准的规定.2术语和符号2.1 术语2.1.1 建筑风环境bui1.dingwindenvironment指室外自然风在城市地形地貌或自然地形地貌下受建筑布局干扰影响后形成的风场。2.1.2 建筑风荷载bui1.dingwind1.oad风场流动受到建筑阻碍后，将产生气流碰撞、分离、漩涡等一系列狂杂流动现象，由此在建筑表面产生压力作用。2.1.3 数值风洞试购computingwindengineeringtest基石计算流体动力学原理，选择合适的空气湍流数学模型，采用一定的数值算法计算获得风场物理量，并可利用图形显示技术，将“风洞”结果形象、直观地显

3、示出来。2.1.4 的诺平均模拟Fcynok1.saveragenumerica1.simu1.aiin雷诺平均模拟是应用湍流统计理论，对N-S方程做时间平均得到雷诺平均方程，用平均流动变量描述湍流流场瞬态的脉动量，从而计兑获得平均化的流场，该方法适用于解决工程豆杂湍流问题，是目前工程领域最常用的淌流数值模拟方法。2.1.5 大涡模拟1.argeeddysimu1.ation大涡模拟（1.ES）是通过某种滤波方法将湍流瞬时运动分解为大尺度涡和小尺度涡两部分，大尺度涡通过湍流运动控制方程直接求解，小尺度涡则通过亚网格尺度模型，建立与大尺度涡的关系对其进行模拟。2.1.6 阻塞比b1.ockage

4、ratio阻塞比是指所构建的所有几何模型在迎风断面上的投影面积与该断面上的计算区域投影面枳之比，2.1.7 单向阻塞比One-dimensiona1.bIOCkageratiO单向阻塞比是指某一方向的阻塞比，包括顶风方向单向阻塞比和横风方向单向阻塞比的雎向阻塞比，其计修方法是该方向的模型尺寸与同一方向计算区域长度之比。2.1.8 计匏区域computationa1.domain计算区域是流体计算所考虑的区域，包含时间区域和空间区域，空间区域是指求解计第的区域的长窕高等几何尺寸，时间区域是指求解器需要考虑的时间范围。2.1.9 边界条件boundarycondition对计算区域所设置的边界，通

5、常包含入流边界、出流边界及物体表面的壁面边界以及计算域其他边界。2.1.10 计算网格mesh由一组节点和单元相互连接而构成的网络，可以拥有多种几何形状和尺寸,其目的是将计算区域离散化，以便进行模拟分析。2.1.11 湍流模型turbu1.encemode1.指确定湍流输运项的一组代数或微分方程，通过这组方程使Reyno1.ds方程得以封闭，它基于对湍流过程的假设，借助经验常数或函数，建立高阶湍输运项与低阶湍输运项直至与平均流之间的某种关系。2.1.12 风荷载体里系数structura1.shapefactorofwind1.oad风作用在建筑物表面定面积范用内，所引起的平均压力(或吸力)与

6、来流风的速度压的比值，它主要与建筑物的体型和尺度有关，也与周围环境和地面粗糙度有关。2.2 符号Vf模型测点的平均风速(m/s)：匕模型尺度相当于当地标准地貌IOm高度处未受扰动的平均风速(nVs),或者取相当于人行高度处未受建筑物扰动的平均风速(m/s)：匕从方向吹来引起的模型测点的平均风速：R1i风向卜的平均风速比：F1风从i风向吹来的比率，16个风向均须考虑:R模型测点的总体风速比：%现场中当地标准地貌IOm高度处的平均风速(nMs),或者为人行高度处未受建筑物扰动的平均风速(ns)：s人行高度h处的风速脉动系数：道峰值因子，取为2.5：h人行高度/1处的湍潦强度：r测点风速标准差；%第

7、i测点附属面积：A分区面积：乂一第i测点的体型系数：Z,1参考高度：Z1结构表面任一点离地高度：Ct,第i测点的风压系数：%第，.测点静风压力，为该点处测得的风压值与远前方参考高度处静压值之差:为同等高度处来流风速：P-空气腹量密度，一般取1.225kgm3基本规定3.0.1建筑风环境或建筑风荷数的预测主要有现场实测、物理风制试验和数值风洞试验三种方法。相比现场实测和物理风洞试验方法，数值风洞试验可以在较短时间内对多种工况进行评估，并且能获得更多流场物理量用于分析评判.有效提虑项目研究或设计的进度和效率。3.0.2数值模拟即数值风洞试验，其基于物理风洞几何特征和流场参数，利用计算流体动力学原理

8、，以数值方法模拟完成风效应预测试验。3.0.3采用数值风洞试验方法时，应结合已有的实测或物理风洞试验数据开展数值风洞试验方法验证工作。如研究对象有物理风洞试验数据，可直接对数值风洞试脸方法进行对比验证：如研究对象缺乏物理风洞试验数据,可利用已有其他模型试验数据对数值风洞试脸方法进行有效性验证。3.0.4数值风洞试验方法可以构建原型尺度的计算模型，避免了物理风洞试收中模型缩尺引起的误差：同时，也能避免物理风洞试验数据采集点受模型形状和尺寸的限制，以及流场空间采集点仪器易对流场形成干扰的问题。在数值方法模拟精度得到有效保证的前提下，可将数值风洞试验作为主要预测手段。3.0.5对于体型复杂，以及对风

9、荷我作用械感的址要建筑物，除进行数值风洞试验外，尚应开展物理风洞成验作为补充，确定风荷我取值。4建筑风场模拟方法4.1 一般规定4.1.1 对建筑工程项目开展数值风洞试验前，亢从以卜几个方面对项目进行分析评估，明确项目的目标要求和应用条件：1项目场地的来流特性；2项目所涉流动风场的类型和特点：3对数值模拟预期成果的要求：4预期成果的应用条件和范圉。4.1.2 应根据数值风洞的目的和所涉风场的特点，采用经过验证的适用于钝体建筑物或防碍物的建模方法和模拟方法。4.1.3 风场模拟方法的选择宜按以卜原则进行：1当以获取风场时均物理员为主要目标时，宜采用稳态雷诺平均（RANS）模拟方法，也可采用大涡模

10、拟（1.ES）方法或相关的混合方法。2当以获取瞬态物理量为主要目标时，宜采用大涡模拟方法或相关的混合方法。3当流动风场的统计平均物理量呈现某一明确的规律性变化时，可采用非稳态雷诺平均（URANS）模拟方法，也可采用大涡模拟方法或相关的混合方法。4.2 对象建模4.2.1 对一般的钝体建筑物和障得物，应建立几何相似的三维几何模型。当建筑物或障碍物为单向延伸的线状物体，且其平均流动可简化为二维时,可按二维问题建模计算。4.2.2 数值风洞的几何模型宜按1:1建立足尺模型。4.2.3 建模对象除试哙对象外，还应包含时周围风场有明显影响的其他建筑物或障碍物。4.2.4 试验对象的几何模型应尽可能反映实

11、物的几何特征,模型中宜包含尺寸大于怂小网格且对流场主要物理量有明显影响的细部构造。其他建筑物或障碍物的几何模型的精细度可适当放宽。4.2.5 当试验对象处于或邻近于起伏地形，并会受地形明显影响时，宜同时对地形进行建模，并在地形与外国平坦区域之间设置斜面过渡区，斜面倾为不宜超过30。4.2.6 对于未纳入建模的障碍物，或在模型中省略的细部构造，可采用设置地面或壁面粗糙度、增设附加源项等方法近似模拟。4.3 计算方法43.1 对三维几何模型，应建立数值模拟的三维计算区域，并符合以卜要求：I计算区域的边界应远离几何模型，其中入口、侧面和顶面边界到几何模型的距离不宜小于5H（H为模型最大高度）,出口边

12、界到模型的距离不宜小于IOHe当按此取值的计算区域明显高出大气边界层高度时，可对计算区域高度进行适当调整，但不宜小丁25H,.2模型的迎风面阻塞比不宜超过3%,且不应大于5%：同时顺风和横风方向的单向阻塞比（该方向的模型尺寸与同方向计算区域长度之比）不宜超过17.3%。432对二维问题，可参照431的方法建立二维的计算区域。43.3 计算非稔态流动时，所模拟的时间区间应足够长，以确保获得一个充分发展的流场。43.4 计算区域的网格离散宜按以下原则进行：I试验对象的壁面网格尺寸不小丁10的同一方向壁面尺寸，网格自壁面向外的扩张比不大于1.3。2当以获取瞬态物理量为主要目标时，宜采用大涵模拟方法或

13、相关的混合方法。3对几何形状突变处、转角处及其他风速梯度较高区域的网格进行局部加密，粗细网格过渡区的网格犷张比不大丁1.3.4网格单元的形状不应过于畸形，同一单元各边的尺寸比不大于5。5网格整体具仃足够的分辨率，能够捕捉流场中可能存在的分离剪切流、涡流等关键物理现象.435应至少选择两种网格离散方案，进行网格独立性分析和检验，检测点的平均风速之比宜控制在5%以内，两种方案的网格总数之比不宜小于3。436非稳态计算的时间步长不宜大于来潦穿过顺风向最小网格尺寸的时间，并对不同时间步长进行独立性分析。43.7 计算区域的入口、出口、便面和顶面宜按以下方法设置边界条件：1入口边界的风速剖面和湍流参数剖

14、面可按国家现行相关标准取用，当有充分的气象资料时也可按实际取用。2当不同方向的来流条件不同时，应对不同风向设置相对应的入口条件。3出口边界宜设为充分发展的界面，可将各物理量的法向梯度设为零。4恻面和顶面边界的法向速度分量以及切向速度分量的法向梯度可设为零。43.8 计算区域内除模型区域以外的上风区域、下风区域和（W面区域的地面粗糙度应按实际情况进行合理设置。43.9 数值模拟前，应建立相应的空数值风涧模型，对所模拟的大气边界乂湍潦风场特性的准确性及自保持性进行检险，确保作用于模型的风速、湍流强度等主要流动特性与目标风场致，且沿流向不发生明显改变。43.10 不同方向来流一般会对同一几何模型产生

15、不同的风致作用。应按实际情况对不同风向重新构建计.算区域和计算网格、设置边界条件。43.11 非稳态问题的人口初始条件应反映实际来流的空间分布特性和频谱特性,并与所用的湍潦模型和计算方法相适应。43.12 应根据风场特点和计鸵方法选用合适的湍流模型和模型参数。43.13 数值计算中的离散格式宜采用二阶或二阶以上精度的格式43.14 应对数值迭代过程进行收敛性测试，确保计算结果为收敛结果。应合理设置收敛准则，收敛准则中各物理室的无量纲残差不宜小于IOT量级，4.4结果联证4.4.1 进行实际工程的数值风洞试验前，应针对附录A的标准建筑进行数值模拟和对比分析，检验所采用的模拟方法的合理性。4.4.2 当数值模拟结果不符合预期时，可酌情从以下方面进行调整和优化：1湍流模型和模拟方法：2网格分辨率和网格质量：3计算区域和边界条件：4离散格式和计算方法：5收敛条件和收敛准则：6其他可能对结果有明显影响的方面。5建筑风环境模拟试验5.1 一般规定5.1.1 建筑风环境主要针对建筑群集布局卜的室外M环境，即城市街道及公共空间的空气流动情况。利用空间风速、流线等风场特征流动信息，