3.3.1 平均风速
对小区模型顺风向中心轴线进行速度监测,监测点布置如图8(a)所示,监测高度为两倍建筑高度,不同位置沿高度方向的速度分布如图8(b)所示.从图中可以发现风速在高于1.3倍建筑以后,其剖面与入口一致,但在1.3倍高度以下风速要明显低于入口来流,再次说明建筑物对风场产生了较大拖曳作用.
对图8(b)中6点(A1-A6)风速取平均,可得到该密度下的风剖面分布.同样,将9%,16%,25%和36%4种建筑密度工况进行汇总,得到的平均风剖面如图9(a)所示.对建筑高度为0.1 m,0.16 m,0.24 m,0.32 m和0.4 m 5种平均高度工况的平均风剖面进行汇总,其结果如图9(b)所示,5种错落度影响下的风剖面如图9(c)所示.从图9可以发现,根据无量纲风速大小可将风速依次划分为:紊乱区、增长区和稳定区.其中紊乱区风速杂乱无章,无明显规律,相对入口来流整体偏低,平均值为0.178 uref,紊乱区影响高度与建筑物自身高度一致,对不同密度与高度而言,紊乱区的无量纲风速分布在0到0.2 uref之间.对不同错落度而言,紊乱区无量纲风速落于0到0.44 uref之间,说明错落度提升了紊乱区的风速上限值,增大了小区内风场的紊乱程度.
增长区指风场稳定增长区域,其所在高度一般为建筑平均高度的1~1.3倍区域,通过对比图9,增长区风速分布规律发现,增长区在高度方向占比较小,但速度具有急剧增加特征.从图9(b)中可以明显发现,五条曲线相互“平行”.对不同密度而言,无量纲风速增长区末端在0.9 uref,而不同高度与错落度的无量纲增长区末端风速为1.5 uref,说明增长区的风速影响上限值受建筑高度影响.
图8 不同风速监测点
Fig.8 Wind velocity monitoring points
图9 正交平均风速
Fig.9 AWV for orthogonal cases
3.3.2 湍动能
同时,对上述建筑形态下城市冠层内的湍动能进行统计分析,如图 10所示.其中,图 10(a)为不同建筑密度时的正交平均湍动能图,通过分析发现在紊乱区,随着建筑物高度的增加湍动能整体呈减小趋势,且随着建筑密度增大,建筑内部湍动能依次递减,但在0.8倍建筑高度,湍动能出现极最小值.从图中还可发现,当建筑密度小于16%时,增长区湍动能随着建筑高度增加而减少,而当建筑密度大于16%时,湍动能随着建筑高度增加而增加,体现了湍动能在建筑密度为16%时波动较大.图 10(b)给出了在建筑密度16%下的不同建筑高度作用下的平均湍动能分布图.图中可以发现,在紊乱区,湍动能随着建筑高度的增加而减少; 而在增长区,湍动能在建筑物屋顶附近区域最大,而后随着高度增加而减少,直到稳定区.
图 10 正交平均湍动能
Fig.10 Average TKE for orthogonal cases