基于CFD的智慧城市流场信息实现方法
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官话: 智慧城市是新一代的城市信息化高级形态,实现信息化、工业化与城镇化深度融合,有助于缓解“大城市病”,提高城镇化质量,实现精细化和动态管理,并提升城市管理成效和改善市民生活质量。由于人口的持续性增长,大城市病凸显。在决策中,城市街谷相关的流场信息、如楼宇通风效率、城市防汛能力等至关重要。通过实验方法对城市级别的流场进行研究是不可能的。计算流体力学(CFD)则成为了不可替代的方法。然而传统CFD方法需要大量的时间来进行求解。在发生城市级别的灾害时,如有毒物质泄露、辐射事件等,决策反应时间及其重要。在这种情况下,传统CFD无法满足需求,一种极为快速的可预测城市级别流场信息的数学模型需求迫切。
我在琢磨一个算法:
前人曾经提出mass-consistent flow的方法,这个方法依据大量的实验,通过单建筑或者建筑群构建一个基本的近似初始场。但其中包含了大量的经验参数,基本是经验常数堆起来的模型。我目前在想这样一个算法,目前势流方程可以获得一个非常简单的初始场,在一定情况下可以结合CFD来加快计算。但势流方程最大的缺陷是无旋。如果在流场上,加入一些最基本的泰勒格林涡,然后再通过势流方程获得无散度的速度场,这样就大大弥补了势流的缺陷。随后结合RANS进行若干步计算。应该也是可行的吧?
另外一个是,不知道哪位大佬有没有见过类似有旋的近似势流方程可以用来求解?
【1】有关势流方程可以看这里:http://dyfluid.com/potentialFoam.html
【2】有关mass-consistent flow可以看这里:https://www.mdpi.com/2311-5521/6/7/254 -
@李东岳 老师您好,我经常往返上海和江苏南通,经过苏通大桥,感觉现在城市的公路建设里,有个非常草率的问题就是,一条路堵了,那就加条路(并联流动,或者说是加大管径,增大“车”流量),但是实际有个关键问题,就是堵路的原因经常是一条公路源源不断的增加路口,以及多车道的增增减减,那就是相当于管道流动中的增加了沿程阻力产生了压损,即理解为渐缩渐扩,三通管道等模式,这些沿程阻力点就是人驾驶的车辆的不确定性产生的,(即车辆的行驶会影响到其他车辆的行驶),人的思考考虑超车减速,能否用涡粘模型来建立,最终这些交通的建设可以通过流体力学的优化来进行设计?
虽然现在增加了铁路桥,但是苏通还是堵。。。 -
期待大佬的成果
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@李东岳 李老师有没有兴趣看下风工程这块的有个商业软件WT,里面是速度-压力耦合求解器,真的非常快非常快。我看了下,软件底层是从PHOENICS来的,然后搞了一套叫MIGAL的算法。
现在CFD用的SIMPLE这种segregated solver确实太慢了,城市这种尺度下的流动本身大概率又比较简单,不可压,也没有化学反应之类的,可以暂时不考虑温度?可能会有颗粒流的问题,但是不是也可以先只考虑流动对颗粒的影响。这种情况下感觉流场本身的求解其实就看求解器的效率了。
我搜了下,OpenFOAM这边其实已经有一些coupled solver 的工作,不知道成不成熟。