[发明专利]一种基于风洞试验的城市街区行人风环境评估方法

摘要

一种基于风洞试验的城市街区行人风环境评估方法，它涉及一种城市街区行人风环境评估方法，具体涉及一种基于风洞试验的城市街区行人风环境评估方法。本发明为了解决现有风环境评估方法精度不足的问题。本发明的具体步骤如下：对改进的Irwin风速探头的参数进行标定；以典型的城市街区为研究对象；进行风环境试验；利用公式(2)和公式(3)确定各风向角下城市街区行人高度的小时平均风速U_i,site和阵风风速U_i,gust,site分别与10m高度的小时平均风速U_10,site的比值r_M和r_G；基于风速比r_M和r_G，将风环境评估标准中的小时平均风速阈值U_thr转换为城市街区10m高度处的小时平均风速阈值U_thr,M或阵风等效小时平均风速阈值U_thr,GEM。本发明属于建筑风环境领域。

主权项

1.一种基于风洞试验的城市街区行人风环境评估方法，其特征在于：所述一种基于风洞试验的城市街区行人风环境评估方法的具体步骤如下：步骤一、对改进的Irwin风速探头的参数进行标定；改进的Irwin风速探头由一外径为10mm、高为15mm的圆柱，并从中挖去一个直径6mm、深10mm的小圆柱得到的；可通过测量地面的压力p1和行人高度H＝6.7mm处的压力p2，来计算行人高度风速U；压力孔K2通过一根26.7mm长、1mm外径的空心钢管测量行人高度H＝6.7mm，假定风环境试验的长度缩尺比为1/300，那么6.7mm对应于实际的行人高度2m处的压力p2；对于改进的Irwin风速探头，压力p1、p2与行人高度风速U的关系可表示为：公式(13)中，a和b分别为风速探头参数，可通过皮托管或热线风速仪的测量结果进行标定；利用皮托管测量行人高度的平均风速U，并采用最小二乘法拟合风速U与压力差之间的线性关系；步骤二、以典型的城市街区为研究对象，采用亚克力板或PVC板以一定缩尺比制作该街区附近所有建筑物和构筑物的外形，并在街区行人高度处按一定间距设置改进的Irwin风速探头，从而获得风环境试验的试验模型；改进的Irwin风速探头的间距不小于40mm，以减小风速探头对流场的相互干扰；且试验风速应保持大于10m/s，以保证风速探头的测试精度；风洞试验模型可采用亚克力板或PVC板制作；步骤三、进行风环境试验，获得不同参数工况下城市街区模型的行人高度小时平均风速Ui和阵风风速Ui,gust，其中阵风风速Ui,gust可由下式得到：Ui，gust＝Ui+g·σu             (1)公式(1)中，g表示峰值因子，通常取2.5；σu表示风速均方根值；步骤四、利用公式(2)和公式(3)确定各风向角下城市街区行人高度的小时平均风速Ui,site和阵风风速Ui,gust,site分别与10m高度的小时平均风速U10,site的比值rM和rG：公式(2)和公式(3)中Ur表示风环境试验中参考高度处的来流平均风速，Zref表示城市街区参考高度，α表示指数律风剖面的地面粗糙度指数；步骤五、基于风速比rM和rG，将风环境评估标准中的小时平均风速阈值Uthr转换为城市街区10m高度处的小时平均风速阈值Uthr,M或阵风等效小时平均风速阈值Uthr,GEM：式中，Uthr是Lawson评估标准中的小时平均风速阈值；1.85表示将阵风风速Ui,gust等效为阵风等效小时平均风速Ui,GEM的转换系数，即：Ui，gust＝1.85UGEM           (6)；步骤六、统计并分析拟评估城市街区的当地气象资料，确定16个风向角下良态风的风向频率及风速概率分布函数；通常气象资料包括10m高度处的小时平均风速和平均风向；θ风向角下各测点风速U超过风速阈值Uthr,M或Uthr,GEM的概率为：公式(7)和公式(8)中，θ＝1，2，3，…，16，表示气象学中常用的十六个风向角编号，风向角间隔为22.5°；Aθ表示风向角θ的风向频率；cθ和kθ分别表示风向角θ时Weibull分布函数的尺度参数和形状参数；步骤七、累加所有风向角下各测点风速U超过风速阈值Uthr,M或Uthr,GEM的概率，即该阈值风速的超越概率：步骤八、基于全风向角下的超越概率P(U>Uthr,M)或P(U>Uthr,GEM)，并结合Lawson评估标准中的最大容许超越概率Pmax，评估城市街区行人风环境的舒适性与安全性。