基于CFD的智慧城市流场信息实现方法

[李东岳]

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

[huntersong]

@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。。。

[allanZhong]

期待大佬的成果

[cccrrryyy]

@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。