[發(fā)明專利]一種風(fēng)速流線可視化的建筑設(shè)計(jì)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410017198.4
• 申請(qǐng)日: 2014-01-15
• 公開（公告）號(hào): CN103778289B
• 公開（公告）日: 2017-04-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊麗;何寶杰;葉苗
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 同濟(jì)大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F17/50
• 分類號(hào): G06F17/50
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司31200
• 代理人: 張磊

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域，具體涉及一種風(fēng)速流線可視化的建筑設(shè)計(jì)方法。

背景技術(shù)

隨著流體力學(xué)、科學(xué)計(jì)算可視化、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、網(wǎng)絡(luò)三維游戲等的發(fā)展,可視化技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用，流線可視化技術(shù)是矢量場(chǎng)可視化技術(shù)中的一種,主要包括流線的計(jì)算與流線的顯示。由于它與常用流體實(shí)驗(yàn)技術(shù)的相似性,流線可視化技術(shù)在計(jì)算流體力學(xué)可視化中被普遍采用,流線可視化技術(shù)的研究已經(jīng)成為可視化研究十分活躍的課題。但是,目前的流線可視化技術(shù)在流線構(gòu)造的速度上,相對(duì)較慢，在流線繪制真實(shí)感的效果上,還不太理想。

流體流動(dòng)和傳熱必須服從質(zhì)量守恒定律、動(dòng)量守恒定律及能量守恒定律。建筑物在大氣邊界層內(nèi)作為風(fēng)流動(dòng)中的障礙物存在，其周邊的流動(dòng)由氣流撞擊、分離、再附著和環(huán)流等物理現(xiàn)象組成，按湍流作用下的鈍體空氣動(dòng)力學(xué)理論，建筑周圍的流動(dòng)風(fēng)是大氣邊界層中的低速不可壓縮湍流過程。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種風(fēng)速流線可視化的建筑設(shè)計(jì)方法；

本發(fā)明的另一目的是提供一種快速有效的了解自然環(huán)境產(chǎn)生的風(fēng)速流線在不同高度的情況；

本發(fā)明的另一目的是提供一種能夠利用計(jì)算機(jī)信息技術(shù)來觀察自然環(huán)境產(chǎn)生的風(fēng)速流線的方法。

一種風(fēng)速流線可視化的建筑設(shè)計(jì)方法，該方法包括以下步驟：

(1)、將整個(gè)建筑物視為一個(gè)大空間網(wǎng)格，所述的大空間網(wǎng)格內(nèi)部由無數(shù)個(gè)相同的小空間網(wǎng)格組成，小空間網(wǎng)格的大小根據(jù)計(jì)算精度來確定，每個(gè)小空間網(wǎng)格對(duì)應(yīng)一個(gè)房間，或根據(jù)現(xiàn)實(shí)中的房間大小對(duì)小空間網(wǎng)格進(jìn)行空間重組；

(2)、確立分析計(jì)算建筑物時(shí)所需要的風(fēng)信息和環(huán)境信息，將所述風(fēng)信息和環(huán)境信息輸入計(jì)算機(jī)中進(jìn)行風(fēng)環(huán)境以及濕度環(huán)境的模擬，得出整個(gè)建筑物的風(fēng)速流線分布數(shù)據(jù)；

所述風(fēng)速流線分布采用RNG?k-ε湍流模型進(jìn)行模擬，其湍流控制方程如式（1）-（4）所示：（1）為連續(xù)性方程，（2）為動(dòng)量方程，（3）為k方程，（4）為ε方程；

??????????????????????????????（1）

（2）

（3）

（4）

式中

其中，U_i（_i=1,2,3），分別為沿坐標(biāo)軸x、y、z方向的平均速度分量；k、ε為湍流動(dòng)能和湍流耗散率，p為平均壓力，為空氣密度，為平均應(yīng)變張量分量，為氣流運(yùn)動(dòng)粘度，為渦團(tuán)運(yùn)動(dòng)粘度。=0.085，=1.42，=1.68，=0.72，=0.72，=4.38，=0.015；

?(3)、在采光模擬軟件平臺(tái)上，利用插件導(dǎo)入步驟（2）所得風(fēng)環(huán)境以及濕度環(huán)境模擬所得出的風(fēng)速流線分布數(shù)據(jù)，進(jìn)行二層模擬；

(4)、根據(jù)步驟(3)得到的風(fēng)速流線二層模擬后的數(shù)據(jù)對(duì)每一個(gè)小空間網(wǎng)格進(jìn)行計(jì)算，所求得的數(shù)據(jù)就作為將來房間布局的設(shè)計(jì)參考；

(5)、在計(jì)算機(jī)中進(jìn)行房間數(shù)量和屬性的設(shè)置，重組后的空間布局則根據(jù)能量流失的多少來布置相應(yīng)的房間在對(duì)應(yīng)的部位上；

(6)、最后根據(jù)要求，對(duì)整個(gè)建筑物進(jìn)行功能布置的分析，在分析中將屬性相同的功能區(qū)盡可能的集中于一體，便于觀察模擬；

(7)、通過計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用，可視化方法的使用，使風(fēng)速流線分布變成圖像顯示，可直觀的觀察風(fēng)速流線在不同高度的分布，便于我們調(diào)查、研究。

所述的建筑信息包括建筑材料和結(jié)構(gòu)；所述的環(huán)境信息包括太陽輻射對(duì)建筑表面形成的太陽輻射程度、周邊的風(fēng)壓和周邊的風(fēng)向。

通常情況下風(fēng)壓是看不見、摸不著的，所以無法通過人為來改變它。而通過一些計(jì)算機(jī)的智能操作，就可以得出風(fēng)速流線的在不同高度的分布圖，以此來得出風(fēng)速流線可視化的建筑設(shè)計(jì)方法。

本發(fā)明的有益效果在于：

具體地說，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)如下：風(fēng)速流線可視化的建筑設(shè)計(jì)方法在一定程度上改善了建筑的風(fēng)環(huán)境，提高了人的舒適度，具有一定的合理性。風(fēng)速流線可視化的建筑設(shè)計(jì)方法的使用能夠提高設(shè)計(jì)手段、減少設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)、降低成本。風(fēng)速流線可視化的建筑設(shè)計(jì)方法，對(duì)于優(yōu)化建筑設(shè)計(jì)，建設(shè)節(jié)能環(huán)保型校園有顯著的指導(dǎo)作用。風(fēng)速流線可視化的建筑設(shè)計(jì)方法有利于校園風(fēng)環(huán)境的改善和舒適度的提高。通過風(fēng)速流線可視化的建筑設(shè)計(jì)方法，可以準(zhǔn)確無誤的觀察風(fēng)速流線在不同的高度的改變情況。經(jīng)過考慮周邊環(huán)境，便捷于設(shè)計(jì)建筑，創(chuàng)造出更加符合人體工程學(xué)的設(shè)計(jì)。

附圖說明

圖1為夏季5米高度風(fēng)速矢量分布圖；