Численное моделирование нестационарных ветровых течений в жилом квартале

Аннотация

Показана роль численного моделирования как ведущего инструмента исследования ветровых течений на масштабах отдельных городских кварталов. На основе анализа математических моделей представлен перечень решаемых этим методом задач. Проведен анализ существующих численных моделей для расчета поля скоростей воздуха на различных масштабах с учетом жилой застройки. Показано, что большинство из них предполагает решение уравнения Навье – Стокса с дополнительными составляющими турбулентного переноса. Обоснована возможность использования модели k – ω турбулентности Дж. Ферзингера для моделирования ветра на масштабе городских кварталов. Представлен обобщенный алгоритм построения таких численных моделей.

Составлена численная модель порывистого ветра в жилом квартале по ул. Картукова г. Орла. Для этого разработано его геометрическое представление, определены начальные и граничные условия модели. Предложена сетка конечных элементов, которая учитывает особенности движения потоков воздуха, в частности — гидродинамические пограничные слои. Получено проверочное решение, результаты которого сопоставлены с экспериментом. Установлено, что различия между ними могут быть признаны незначительными.

С помощью разработанной модели проведено численное исследование динамики поля скорости ветра в рамках рассматриваемого квартала во времени в условиях порывистого ветра итерационным численным методом. В результате установлен характер развития ветрового течения на рассмотренной территории во времени. При обобщении полученных результатов сформированы рекомендации по переносу отдельных зон при переустройстве придомовой территории в рамках ближайшего капитального ремонта на рассмотренном участке. В частности, рекомендовано перенести детскую игровую площадку, так как при смене погоды и формировании порывистого ветра на ней наблюдаются наиболее выраженные воздушные потоки.