铺面参数对近地热环境的影响研究

【摘要】：城市化进程中,天然地表被人造铺面取代后,造成近地大气热环境变化,形成城市热岛效应。为了分析路面形式、铺面材料参数对近地热环境的影响规律,首先,本文将路面-近地大气视为一个相互作用的系统,进行三维数值建模,应用计算流体动力学(CFD)的非稳态方法求解控制方程。其次,通过实测数据分析了不同下垫面类型、太阳辐射强度等因素对城市近地热环境的影响,并对路-气响应模型的数值计算结果进行了有效性验证。最后,利用路-气响应模型计算并分析了太阳辐射、道路材料特性对建筑群内近地热环境的影响,并总结了不同铺面上方空气温度分布规律。主要研究结论如下:①提出了采用正反2个太阳总辐射表组成的双表测试铺面表面反射率的试验方法和以当地真太阳时11:00~13:00的平均值作为铺面反射率计算方法。②基于计算流体动力学(CFD)方法,考虑太阳短波辐射、热传导、对流换热和铺面-大气之间的有效长波辐射,建立了路-气响应的三维有限元分析模型,通过实测数据对路-气响应的三维有限元结果检验表明,该计算模型对白天时段温度数值的模拟具有较好的精度,但对夜晚时段,其模拟精度还需进一步优化。③晴朗白天时分,草地铺面上方0~60cm高度范围内,气温值波动较大。对于硬质不透水性铺面和水泥铺面来说,该高度范围值分别为0~50cm,0~100cm。针对大多数不透水性铺面,白天时段其路表上方气温分布形式可分为三种类型,分别为:日出时分型、日间时分型、傍晚时分型。④针对重庆市解放碑商圈来说,沥青材料为下垫面的路表温度场中高温区的分布面积明显多于以水泥和硬质不透水性铺面为下垫面时的高温区分布面积,且在温度值上也相对较高。由此可见,沥青路面因其较水泥、硬质不透水性铺面有较高的吸收率、比热,不适宜将其作为小区或商圈步行街的下垫面。⑤对于商圈步行道路表温度及上方气温而言,其区域内平均的温度数值随着反射率、发射率、导热系数、比热等参数的增大而减小,但温度减小幅度值随着高度的增加逐渐降低。具体结果:晴朗正午时分,铺面反射率每增加0.1,路表平均温度下降0.6℃,路表上方平均气温下降0.16℃~0.45℃。进一步分析发现,反射率变化对1.2m高度以下范围的气温值影响显著,但是对于较高处(≥1.2m高度)的气温值,其改善效果较小。综合分析各材料参数对近地气温的影响可得,通过优化材料的反射率和比热两个参数,可改善城市热岛效应。 【关键词】：计算流体动力学 不同下垫面类型 材料特性 近地气温
【学位授予单位】：重庆交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U416.2;X16
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 绪论10-20
• 1.1 研究的目的和意义10-11
• 1.2 国内外研究现状11-18
• 1.2.1 下垫层与近地热环境之间的关系11-12
• 1.2.2 路面温度与近地热环境的降温技术12-16
• 1.2.3 路面温度场与近地热环境的仿真模拟16-18
• 1.3 研究内容与技术路线18-20
• 第二章 室外近地热环境的数值解析20-36
• 2.1 室外热环境的形成机理20-21
• 2.2 数值模拟基础理论21-25
• 2.2.1 流体流动的控制方程(质量、动量、能量（运输）)21-23
• 2.2.2 控制方程的离散及其方法23
• 2.2.3 湍流模型理论23-25
• 2.3 热平衡方程的建立25-29
• 2.3.1 太阳辐射量26-27
• 2.3.2 长波辐射量27-28
• 2.3.3 反射辐射量28
• 2.3.4 对流换热量28
• 2.3.5 表面热导量28-29
• 2.3.6 蒸发换热量29
• 2.4 案例分析29-34
• 2.4.1 太阳辐射量设置29-30
• 2.4.2 反射辐射量设置30-34
• 2.5 本章小结34-36
• 第三章 试验方案制定和实测结果分析36-50
• 3.1 室外试验方案36-40
• 3.1.1 试验地点选址36
• 3.1.2 实验仪器简介36-37
• 3.1.3 校园室外近地热环境实测37-39
• 3.1.4 商圈室外近地热环境实测39-40
• 3.2 实测结果分析40-48
• 3.2.1 校园室外近地热环境分析40-44
• 3.2.2 商圈室外近地热环境分析44-48
• 3.3 本章小结48-50
• 第四章 近地热环境数值模型建立与验证50-60
• 4.1 数值模型建立50-54
• 4.1.1 FLUENT软件简介50
• 4.1.2 几何建模50-51
• 4.1.3 计算区域确定和网格布置51-52
• 4.1.4 边界条件设置52-54
• 4.1.5 求解参数设置54
• 4.2 FLUENT模型的精度与有效性验证54-56
• 4.3 数值模型应用分析56-59
• 4.3.1 不同高度处温度场分布56-57
• 4.3.2 不同下垫面温度场分布57-59
• 4.4 本章小结59-60
• 第五章 室外近地热环境影响因素分析60-72
• 5.1 建筑阴影分析60-64
• 5.1.1 建筑阴影计算方法60-61
• 5.1.2 太阳辐射计算方法61-62
• 5.1.3 建筑阴影对近地热环境的影响62-64
• 5.2 影响高度分析64-67
• 5.2.1 草地上方空气温度分布64
• 5.2.2 硬质不透水铺面与水泥铺面上方空气温度分布64-67
• 5.3 铺面参数对近地气温的影响67-70
• 5.3.1 反射率的影响68
• 5.3.2 发射率的影响68-69
• 5.3.3 导热系数的影响69-70
• 5.3.4 比热的影响70
• 5.4 本章小结70-72
• 第六章 结论与展望72-74
• 6.1 主要研究结论72-73
• 6.2 建议与展望73-74
• 致谢74-76
• 参考文献76-80
• 附录1 速度进口边界条件设置80-82
• 附录2 FLUENT模拟计算结果82-84
• 在学期间发表的论文和取得的学术成果84

您可以在本站搜索以下学术论文文献来了解更多相关内容

透水性混凝土路面砖减缓城市热岛效应的试验研究    宋志斌;张梅芳;王保春;

基于CFD技术的城市气候模拟及气候适应性规划策略研究    韦婷婷

透水铺装地面滞蓄净化城镇雨水径流研究进展    王哲;谢杰;谢强;赖立;吴德意;

青藏高原北麓河地区沥青路面辐射特征分析    张中琼;吴青柏;温智;刘永智;张泽;

透水网格的研究进展    张玉玉;王俊岭;张雅君;冯萃敏;

风热环境优化导向的湿热气候区城市设计研究——以重庆忠县水坪组团城市设计为例    应文;刘芳;戴辉自;

基于ETM+热红外波段的寻甸地区热环境遥感研究    董安涛;苏旺德;杨帆;夏磊;

基于可持续发展减缓城市热岛效应的实验研究    王吉苹;

北京城区人工构筑物对比邻绿地土壤温度和含水量的影响    马生丽;武小钢;孙凡;李元征;胡聃;原佳佳;张富华;

砂基透水砖的制备及性能优化研究    王萍萍;徐向舟;

人行空间透水铺装模式的综合设计应用——以陆家嘴环路生态铺装改造示范段为例    刘月琴;林选泉;

不同地面类型热物理性质差异分析    张中琼;吴青柏;荀学义;侯彦东;高思如;

城、郊能量及辐射平衡特征观测分析    孙仕强;刘寿东;王咏薇;王成刚;白杨;

基于低能耗目标的严寒地区体育馆建筑设计研究    赵洋

城市复杂下垫面水热通量研究    孙挺

G101北京段公路绿化的温湿度调节及固碳释氧研究    代巍

街区尺度下热岛效应的规划缓解对策研究    廖诗家

透水砖地面对居住小区热环境影响的研究    刘晓晖

高效渗透减排透水铺装对径流的控制研究    张玉玉

试论城市林业在我国城市发展中的地位    丛日春,李吉跃

城市住区绿地系统热效应研究    周安伟,张小松

城市建筑风环境的风洞模拟研究    李会知

城市热岛效应对城市生态系统的影响及其对策研究    彭希珑,邹寒山,何宗健

风对建筑绕流流动的数值方法    张维,汤广发

武汉市绿色廊道景观格局    蔡婵静;周志翔;陈芳;郑忠明;

基于RS和GIS的长沙城市热岛效应与TSP污染耦合关系    曹进;曾光明;石林;焦胜;周建飞;

街谷环流和热力结构的数值模拟    桑建国,刘辉志,王保民,佟华

深圳市办公建筑自然通风应用研究    吴珍珍

城市热岛产生的空间机理与规划缓减对策    薛瑾

城市沙漠气候    

    

俄天然瓦产量逐年增加    让娜

铺面参数对近地热环境的影响研究    从志敏