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街区尺度快速计算流体力学数值模拟(Recurrence CFD）方法

街区尺度，计算流体力学，大涡模拟

随着计算机资源与数值模拟理论技术的发展，计算流体力学模拟（CFD）已在城市湍流与大气环境的研究中广泛使用。但传统的CFD模拟方法计算时间较长，尤其是更准确的大涡模拟 (Large Eddy Simulation, LES) 模型计算资源是雷诺时间平均湍流模型的50-100倍，这限制了LES模拟在真实、复杂城区的应用。本研究通过欧拉法研究不同时刻流体湍流特性，并建立起流动相似性的数学模型及离散时间马尔科夫链；然后通过拉格朗日方法对流体流动路径及通量建立起相应的湍流机理及标量传输的物理模型。基于以上的数学、物理模型，通过模拟对流、扩散等物理现象对标量扩散进行数值传递。通过此方法可避免计算过程中对纳维-斯托克斯方程（Navier-Stokes equations）进行求解，尤其是耗时的求解迭代过程，由此极大的降低了运算量。与相同网格的传统大涡模拟(LES)相比，模拟结果相似，模拟时间降低了3到4个数量级。并且在数学、物理模型建立的基础上，可对污染物等被动标量在不同初始或边界条件（如位置、散发量、移动污染源等问题）下的扩散情况进行快速准确模拟。本研究为建筑环境中湍流及污染物扩散模拟提供了较好的工具和方法，并揭示了建筑物对流体湍流特性的动力影响机制及污染物扩散机理。