建筑室外风环境数值模拟研究

某三栋高层建筑，高度均为108m，计算区域为长1200m，宽1200m，高300m。其中来风流速为3m/s，风向为西北风，用ANSYS FLUENT求解出压力与速度的分布云图。

启动FLUENT并导入网格

1）在Windows系统下执行“开始”→“所有程序”→ANSYS 18.2→Fluid Dynamics→FLUENT 18.2命令，启动FLUENT 18.2，进入FLUENT Launcher界面。

2）在FLUENT Launcher界面中的Dimension中选择3D，在Display Options中勾选Display Mesh After Reading，Embed Graphics Windows和Workbench Color Scheme，单击OK按钮进入FLUENT主界面。

3）在FLUENT主界面中，单击主菜单中File→Read→Mesh按钮，弹出Select File（导入网格）对话框，选择网格文件，单击OK按钮便可导入网格。

4）导入网格后，在图形显示区将显示几何模型。

5）单击主菜单中Mesh→Check按钮，检查网格质量，确保不存在负体积。

6）单击主菜单中Mesh→Scale按钮，弹出Scale Mesh（网格缩放）对话框。在Scaling中，选择Convert Units，Mesh，Mesh Was Created In选择m，单击Scale完成网格缩放，在View Length Unit In中选择m。

7）单击主菜单中File→Write→Case按钮，弹出Select File（保存项目）对话框，在Case File中填入building，单击OK按钮便可保存项目。

定义求解器

1）单击主菜单中Define→General按钮，弹出General（总体模型设定）面板。在Solver中，Time类型选择Steady。

2）单击主菜单中Define→Operating Conditions按钮，弹出Operating Conditions（操作条件）对话框。保持默认值，单击OK按钮确认。

定义模型

在主菜单中单击Define→Models按钮，弹出Models（模型设定）面板。通过在模型设定面板中双击Viscous，弹出Viscous Model（湍流模型）对话框。

在Model中选择k-epsilon (2eqn)，在k- epsilon Model中选择Enhanced Wall Treatment，单击OK按钮确认。

设置材料

单击主菜单中Define→Materials按钮，弹出Materials（材料）面板。在材料面板中，双击Air按钮便可弹出Create/Edit Materials（物性参数设定）对话框。

保持默认值，单击Close按钮退出。

边界条件

1）导入UDF文件。

在室外风环境模拟中，来流按风廓线分布，即不同高度的来流速度呈如下指数分布：

上式中，U10为距离地面10m高来流速度，a为地面粗糙系数，这里取0.3。

按照上述公式，编写UDF文件如下：

#include "udf.h"

#define U10 3.0

/* profile for velocity */

DEFINE_PROFILE(velocity,t,i)

{

   real y, x[ND_ND];  /* variable declarations */

   face_t f;

   begin_f_loop(f,t)

     {

        F_CENTROID(x,f,t);

        y = x[1];

        F_PROFILE(f,t,i) = U10*pow(y/10.0,0.3);          

     }

   end_f_loop(f,t)

}

在FLUENT软件中，单击主菜单中Define→User-Defined→Functions→Interpreted按钮启动Interpreted UDFs（编辑UDF）对话框。

在Source Files下单击Browse按钮弹出Select File（导入文件）对话框，选择vec.c文件，单击OK完成UDF文件导入。

2）单击主菜单中Define→Boundary Conditions按钮启动边界条件面板。

3）在边界条件面板中，双击n弹出边界条件设置对话框。

Velocity Specification Method中选择Magnitude and Direction，Velocity Magnitude 选择udf velocity，X-Component of Flow Direction和Z-Component of Flow Direction中均输入0.7071068。

4）在边界条件面板中，单击Copy按钮弹出Copy Conditions（边界条件复制）对话框。

在From Boundary Zone中选择n，在To Boundary Zone中选择n:016，w，w:015，单击Copy按钮完成复制。

5）在边界条件面板中，双击se弹出边界条件设置对话框，在Gauge Pressure中输入101325，单击OK按钮退出。

6）同步骤（4），在Copy Conditions（边界条件复制）对话框中，在From Boundary Zone中选择se，在To Boundary Zone中选择ne，ne:001，se:012，sw，sw:014，单击Copy按钮完成复制。

求解控制

1）单击主菜单中Solve→Methods按钮，弹出Solution Methods（求解方法设置）面板。保持默认设置不变。

2）单击主菜单中Solve→Controls按钮，弹出Solution Controls（求解过程控制）面板。保持默认设置不变。

初始条件

单击主菜单中Solve→Initialization按钮，弹出Solution Initialization（初始化设置）面板。

Initialization Methods中选择Hybrid Initialization，单击Initialize按钮进行初始化。

求解过程监视

单击主菜单中Solve→Monitors按钮，弹出Monitors（监视）面板，双击Residuals-Print，Plot便弹出Residual Monitors（残差监视）对话框。

保持默认设置不变，单击OK按钮确认。

计算求解

单击主菜单中Solve→Run Calculation按钮，弹出Run Calculation（运行计算）面板。

在Number of Iterations中输入500，单击Calculate开始计算。

结果后处理

1）单击主菜单中Surface→Iso-Surface按钮，弹出如图7-25所示Iso-Surface（等值面）对话框。

在Surface of Contant中选择Mesh和Y-Coordinate，在Iso-Values中输入1.5，在New Surface Name中输入yhei，单击Create按钮。

2）单击主菜单中Display→Graphics and Animations按钮，弹出Graphics and Animations（图形和动画）面板，在Graphics下双击Contous弹出Contous（等值线）对话框。

Contous of选择Pressure，在surfaces中选择yhei，单击Display按钮，显示压力云图。

3）在Contous of选择Velocity，单击Display按钮，显示速度云图。

2）在Graphics下双击Vectors弹出Vectors（矢量）对话框。勾选Draw Mesh选项，弹出Mesh Display（网格显示）对话框，在Edge Type中选择Feature，点击Display显示几何框图。

在Vectors（矢量）对话框中，Scale中输入5，Skip中输入5，surfaces中选择yhei，单击Display按钮，显示速度矢量图。

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