沈 煉，韓 艷，唐春朝，袁 濤，楊 瑛，匡希龍

(1. 長(zhǎng)沙學(xué)院土木工程學(xué)院，長(zhǎng)沙 410022；2. 長(zhǎng)沙理工大學(xué)土木工程學(xué)院，長(zhǎng)沙 410076；3. 湖南大學(xué)土木工程學(xué)院，長(zhǎng)沙 410082；4. 湖南省建筑設(shè)計(jì)院有限公司，長(zhǎng)沙 410012)

現(xiàn)代城市小區(qū)隨著建筑高度與密度的不斷增加，其風(fēng)環(huán)境愈加復(fù)雜，由高聳建筑物排列不當(dāng)引發(fā)的人行高度風(fēng)環(huán)境危害屢見(jiàn)不鮮[1]。目前國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)其展開(kāi)了大量研究[2-4]，主要研究手段有風(fēng)洞試驗(yàn)和數(shù)值模擬[5-6]，數(shù)值模擬由于可反映風(fēng)場(chǎng)的分布機(jī)理近年來(lái)得到了廣泛應(yīng)用[7-9]，但不足的是模擬過(guò)程對(duì)計(jì)算參數(shù)依賴性強(qiáng)，往往需要用風(fēng)洞試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證[10]。近年來(lái)風(fēng)洞試驗(yàn)研究隨著試驗(yàn)設(shè)備與試驗(yàn)條件的快速發(fā)展，其試驗(yàn)規(guī)模也實(shí)現(xiàn)了由單體建筑模型[11]到小區(qū)模型的過(guò)渡[12]。如關(guān)吉平等[3]利用風(fēng)洞試驗(yàn)對(duì)縮尺比為1∶300 的群體建筑風(fēng)環(huán)境干擾效應(yīng)進(jìn)行了研究。金海等[13]對(duì)北京某商業(yè)中心風(fēng)環(huán)境進(jìn)行了風(fēng)洞試驗(yàn)并對(duì)其風(fēng)環(huán)境不舒適區(qū)域提出了改善建議；劉立創(chuàng)[14]也采用1∶300 的縮尺比對(duì)高層建筑行人高度風(fēng)環(huán)境進(jìn)行了風(fēng)洞試驗(yàn)并定量評(píng)估了環(huán)境舒適度。Ricci等[15]則對(duì)縮尺比為1∶300 意大利老街道城市邊界層進(jìn)行了試驗(yàn)分析，獲得了城區(qū)風(fēng)剖面演變規(guī)律。這些風(fēng)洞試驗(yàn)為日后數(shù)值模擬提供了寶貴借鑒，但不足的是，這些研究采用的風(fēng)洞尺寸一般相對(duì)較小，風(fēng)洞壁與建筑模型距離過(guò)小會(huì)擠壓風(fēng)場(chǎng)引起流場(chǎng)的加速，從而影響試驗(yàn)結(jié)果。同時(shí)，這些試驗(yàn)?zāi)Ｐ椭荒M了小區(qū)核心位置，并沒(méi)考慮小區(qū)外圍建筑的邊界效應(yīng)，加之試驗(yàn)過(guò)程中人行高度風(fēng)速監(jiān)測(cè)探頭布點(diǎn)較少，很難精確、全面地捕捉小區(qū)流場(chǎng)信息。為消除周圍建筑對(duì)小區(qū)流場(chǎng)的邊界效應(yīng)，Weerasuriya 等[16]考慮周邊建筑影響后利用扭曲來(lái)流對(duì)香港典型城區(qū)進(jìn)行了1∶400 的縮尺試驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)扭曲來(lái)流剖面作用下的人行高度平均風(fēng)速相比常規(guī)風(fēng)剖面來(lái)流更大；Zhang等[17]利用1∶200 的縮尺試驗(yàn)對(duì)抬高建筑行人高度風(fēng)場(chǎng)進(jìn)行了評(píng)估分析；Du 等[18]對(duì)香港理工大學(xué)校園建筑進(jìn)行了1∶200 的縮尺風(fēng)洞試驗(yàn)，驗(yàn)證了數(shù)值模擬的正確性；Antoniou 等[19]則對(duì)緊湊密集城區(qū)進(jìn)行了的風(fēng)洞試驗(yàn)分析，討論了不同數(shù)值方法與試驗(yàn)結(jié)果的偏差。這些風(fēng)洞試驗(yàn)相比無(wú)周邊建筑情況其試驗(yàn)精度有了明顯提升，但由于受到風(fēng)洞尺寸的限制，風(fēng)洞壁對(duì)風(fēng)場(chǎng)的邊界效應(yīng)仍未消除[20]。同時(shí)這些研究關(guān)注點(diǎn)主要集中在小區(qū)水平、豎向風(fēng)速分布以及風(fēng)環(huán)境評(píng)估等方面，對(duì)不同因素影響下人行高度風(fēng)場(chǎng)分布規(guī)律及影響機(jī)理的針對(duì)性分析仍未涉及。

因此，基于上述研究的不足，本文以長(zhǎng)沙通用時(shí)代國(guó)際社區(qū)為研究背景，利用大尺寸邊界層風(fēng)洞對(duì)其風(fēng)環(huán)境進(jìn)行了全方位，多工況試驗(yàn)研究，在考慮不同入口來(lái)流、風(fēng)速、風(fēng)向角、高聳建筑與植被等因素后獲取了小區(qū)內(nèi)部風(fēng)場(chǎng)的詳細(xì)分布，揭示了人行高度風(fēng)環(huán)境在不同因素影響下的分布規(guī)律，彌補(bǔ)了當(dāng)前試驗(yàn)研究的不足，相關(guān)結(jié)論可供類似風(fēng)洞試驗(yàn)研究與實(shí)際小區(qū)規(guī)劃借鑒。

1 風(fēng)洞試驗(yàn)簡(jiǎn)介

1.1 研究對(duì)象

以長(zhǎng)沙市天心區(qū)通用時(shí)代小區(qū)為研究對(duì)象，該小區(qū)占地200 畝，總規(guī)模近50 萬(wàn)平方米，位于長(zhǎng)沙市中心城區(qū)，小區(qū)北側(cè)為長(zhǎng)沙理工大學(xué)，四周為6 層～15 層的居民樓，屬典型居民小區(qū)，對(duì)該小區(qū)進(jìn)行研究具有普遍意義。研究過(guò)程中，以小區(qū)中心為坐標(biāo)原點(diǎn)，取直徑1200 m 所圍成區(qū)域?yàn)樵囼?yàn)對(duì)象，試驗(yàn)對(duì)象如圖1 所示。

圖 1 試驗(yàn)區(qū)域Fig. 1 Domain of the test model

1.2 風(fēng)洞介紹

本試驗(yàn)在長(zhǎng)沙理工大學(xué)風(fēng)工程與風(fēng)環(huán)境研究中心進(jìn)行，風(fēng)洞試驗(yàn)段尺寸為10.0 m(寬)×3.0 m(高)×21.0 m(長(zhǎng))，轉(zhuǎn)盤(pán)直徑為5.0 m，風(fēng)速在1.0 m/s～18.0 m/s 可調(diào)，采用變焦距風(fēng)扇系統(tǒng)，確保低風(fēng)速流場(chǎng)品質(zhì)，建筑模型放置于風(fēng)洞轉(zhuǎn)盤(pán)上，模型直徑為4.8 m，縮尺比為1∶250。其中模型核心區(qū)域采用施工圖建立，外圍建筑模型采用ArcMap 數(shù)據(jù)建立，建成的試驗(yàn)?zāi)Ｐ腿鐖D2(b)所示，模型阻塞比約為4%，雷諾數(shù)為4.0×105，左、右兩側(cè)均留有2.5 m 空間，較好地避免了試驗(yàn)過(guò)程中風(fēng)洞壁對(duì)模型風(fēng)場(chǎng)的擠壓。

圖 3 歐文探針與監(jiān)測(cè)點(diǎn)分布Fig. 3 Irwin sensor and monitoring points distribution

圖 2 風(fēng)洞試驗(yàn)Fig. 2 Wind tunnel test

1.3 風(fēng)速測(cè)量裝置

試驗(yàn)過(guò)程中，水平方向(人行高度)風(fēng)速采用歐文(Irwin)探針測(cè)量，如圖3(a)所示，對(duì)探針頂部和中間凹槽部位測(cè)壓，其壓力值分別為P1和P2，根據(jù)歐文探針理論[21]，壓力與風(fēng)速存在如下對(duì)應(yīng)關(guān)系：

式中：v為測(cè)量風(fēng)速； α 、 β為標(biāo)定系數(shù)。試驗(yàn)前，以Croba 風(fēng)速儀為參照，對(duì)170 組歐文探針進(jìn)行標(biāo)定，標(biāo)定系數(shù)均大于0.99，將標(biāo)定后的歐文探針安裝于小區(qū)內(nèi)部。其中，小區(qū)核心區(qū)域探針布置相對(duì)較密，外圍區(qū)域探針布置相對(duì)較稀，安裝位置如圖3(b)中圓點(diǎn)所示。其中，風(fēng)壓測(cè)量采用美國(guó)PSI DTC Initium 型的電子壓力掃描閥，采樣頻率350 Hz。

豎直方向風(fēng)速測(cè)量采用澳大利亞TFI 公司的Cobra 風(fēng)速探頭，Cobra 能夠同時(shí)捕捉x、y、z三向壓力和風(fēng)速時(shí)程，采樣頻率為500 Hz。試驗(yàn)過(guò)程中，Cobra 風(fēng)速儀配合二維移測(cè)架使用，可方便捕捉所需測(cè)點(diǎn)風(fēng)剖面，試驗(yàn)測(cè)量裝置如圖2(b)所示。

1.4 設(shè)計(jì)工況

為探究不同因素下小區(qū)風(fēng)環(huán)境的分布規(guī)律，對(duì)小區(qū)模型進(jìn)行了多工況試驗(yàn)研究，模擬了4 m/s、5 m/s、6 m/s、7 m/s、8 m/s、9 m/s 這6 種 不同C 類地貌來(lái)流。同時(shí)在8 m/s 風(fēng)速下分別對(duì)有無(wú)高聳建筑(以星宇V 立方為例，該建筑高150 m，占地面積8456 m2)、有無(wú)植被等情況進(jìn)行了多工況試驗(yàn)。試驗(yàn)過(guò)程中，利用歐文探針捕捉人行高度2 m處的風(fēng)速信息，并利用Croba 風(fēng)速儀對(duì)典型工況下核心位置風(fēng)剖面進(jìn)行詳細(xì)監(jiān)測(cè)，各工況匯總?cè)绫? 所示。

表 1 模擬工況匯總Table 1 Test cases

2 風(fēng)環(huán)境試驗(yàn)結(jié)果分析

試驗(yàn)過(guò)程中，對(duì)照表1 所述工況，分別對(duì)不同來(lái)流，不同風(fēng)速，鄰近高聳建筑與植被4 種因素作用下的小區(qū)平均風(fēng)場(chǎng)進(jìn)行了深入分析。

試驗(yàn)過(guò)程中的風(fēng)向角定義如圖4 所示，同時(shí)，在0°風(fēng)向角作用下，監(jiān)測(cè)了1 號(hào)、2 號(hào)、3 號(hào)點(diǎn)的風(fēng)剖面分布，在90°風(fēng)向角作用下監(jiān)測(cè)了4 號(hào)、5 號(hào)、6 號(hào)點(diǎn)的風(fēng)剖面分布，在180°風(fēng)向角作用下監(jiān)測(cè)了7 號(hào)、8 號(hào)、9 號(hào)點(diǎn)的風(fēng)剖面分布，在270°風(fēng)向角作用下，監(jiān)測(cè)了10 號(hào)、11 號(hào)、12號(hào)點(diǎn)的風(fēng)剖面分布，監(jiān)測(cè)點(diǎn)位置如圖4 所示。

圖 4 風(fēng)向角示意圖Fig. 4 Wind directions

2.1 不同來(lái)流下的小區(qū)風(fēng)場(chǎng)分布

采用均勻流和C 類地貌來(lái)流兩種工況分別對(duì)小區(qū)風(fēng)環(huán)境進(jìn)行分析。工況CA1 為均勻流，模擬風(fēng)速為8 m/s，工況CA2 為大氣邊界層來(lái)流，利用尖劈、粗糙元、橫桿模擬出C 類地貌，試驗(yàn)縮尺后的梯度風(fēng)參考高度為1.6 m，風(fēng)速為8 m/s，模擬的風(fēng)速剖面和湍流度剖面如圖5 所示。

圖 5 入口邊界條件Fig. 5 Inlet flow boundary

在0°風(fēng)向角作用下，通過(guò)對(duì)人行高度風(fēng)速進(jìn)行監(jiān)測(cè)，獲取了不同入口來(lái)流下各點(diǎn)的實(shí)時(shí)風(fēng)速，風(fēng)速采集時(shí)間為1 min，其無(wú)量綱風(fēng)速分布如圖6 所示。從圖中可以發(fā)現(xiàn)，不同來(lái)流作用下的無(wú)量綱平均風(fēng)速整體上趨勢(shì)一致，如CA1、CA2兩種工況在東南角平均風(fēng)速相對(duì)較大，而在東北角相對(duì)較小。對(duì)局部進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)平均風(fēng)速仍存在一定偏差。將兩種來(lái)流下的無(wú)量綱風(fēng)速進(jìn)行對(duì)比，如圖7 所示。為定量獲取兩種來(lái)流下小區(qū)風(fēng)剖面與湍流度剖面的分布差異，對(duì)180°風(fēng)向角工況進(jìn)行分析，(180°風(fēng)向角流場(chǎng)跨過(guò)建筑物距離最長(zhǎng)，流場(chǎng)發(fā)展相對(duì)更為充分)，通過(guò)監(jiān)測(cè)離模型邊緣800 m 位置的7 號(hào)、8 號(hào)點(diǎn)(見(jiàn)圖4)，得到的風(fēng)剖面與湍流度剖面分布如圖8 和圖9 所示。

圖 6 不同入口來(lái)流作用下小區(qū)風(fēng)場(chǎng)云圖Fig. 6 Velocity contour under different inflow

圖 7 不同入口來(lái)流下的平均風(fēng)速對(duì)比Fig. 7 Comparison of velocity under different inflow

圖 8 7 號(hào)、8 號(hào)點(diǎn)風(fēng)剖面 (180°)Fig. 8 Wind profile of points 7 and 8 (180°)

圖 9 7 號(hào)、8 號(hào)點(diǎn)湍流度剖面Fig. 9 Turbulence intensity profile of points 7 and 8 (180°)

從圖8 中可以發(fā)現(xiàn)兩種工況作用下 7 號(hào)、8 號(hào)點(diǎn)的風(fēng)剖面吻合較好，說(shuō)明周邊建筑模型增大了地表粗糙度，通過(guò)800 m 的粗糙距離，產(chǎn)生了與C 類風(fēng)場(chǎng)較為一致的平均風(fēng)場(chǎng)。但從圖9 中發(fā)現(xiàn)，兩種工況的湍流度剖面還相差較大，特別是在1 m 高度以下，C 類地貌來(lái)流作用下的小區(qū)內(nèi)部湍流度要明顯大于平均來(lái)流，說(shuō)明800 m 的地表建筑距離還不能產(chǎn)生與C 類地表較為一致的湍流效應(yīng)。

2.2 不同風(fēng)速下的小區(qū)風(fēng)場(chǎng)分布

為獲取不同風(fēng)速下小區(qū)內(nèi)部流場(chǎng)分布機(jī)理，對(duì)6 種(4 m/s、5 m/s、6 m/s、7 m/s、8 m/s、9 m/s)C 類地貌來(lái)流作用下的小區(qū)風(fēng)環(huán)境進(jìn)行了詳細(xì)分析。引入風(fēng)速偏差均方根系數(shù)后對(duì)相鄰風(fēng)速作用下的無(wú)量綱風(fēng)速進(jìn)行兩兩對(duì)比，如圖10 所示。其中，偏差均方根系數(shù)可表示為：

從圖10 可以發(fā)現(xiàn)，隨著風(fēng)速的增加風(fēng)場(chǎng)均方根系數(shù)逐漸較小，如4 m/s 與5 m/s 來(lái)流作用下的風(fēng)速偏差均方根系數(shù)為0.185，7 m/s、8 m/s 風(fēng)速，8 m/s、9 m/s 來(lái)流風(fēng)速作用下的RMSE分別為0.075和0.074，說(shuō)明了流場(chǎng)在低風(fēng)速作用下波動(dòng)較大，而在高風(fēng)速作用下趨于穩(wěn)定。其主要原因是低風(fēng)速時(shí)測(cè)壓管測(cè)到的壓力本身很小，測(cè)量數(shù)據(jù)離散程度高，而高風(fēng)速測(cè)量數(shù)據(jù)離散程度低，同時(shí)高風(fēng)速具有相對(duì)更高的雷諾數(shù)，因此建議采用相對(duì)較高的風(fēng)速(7 m/s)進(jìn)行風(fēng)洞試驗(yàn)。

圖 10 不同風(fēng)速作用下風(fēng)速對(duì)比圖Fig. 10 Comparison of mean velocity under different inlet velocity

圖 11 不同風(fēng)速作用下人行高度速度云圖Fig. 11 Velocity contour under different inlet velocity

進(jìn)一步，對(duì)4 m/s、7 m/s、9 m/s 三種風(fēng)速作用下的人行高度風(fēng)速進(jìn)行批量分析，得到的小區(qū)速度云圖如圖11 所示。從圖中可以發(fā)現(xiàn)，4 m/s與7 m/s 來(lái)流作用下的風(fēng)速云圖存在一些差異，但7 m/s 與9 m/s 來(lái)流作用下的風(fēng)速云圖吻合較好。因此再次驗(yàn)證了高風(fēng)速下小區(qū)內(nèi)部流場(chǎng)分布受入口來(lái)流風(fēng)速影響較小，對(duì)小區(qū)風(fēng)環(huán)境評(píng)估可采取較高風(fēng)速作用下的無(wú)量綱風(fēng)速分布。

2.3 鄰近高聳建筑對(duì)小區(qū)風(fēng)環(huán)境影響

為分析鄰近高聳建筑對(duì)小區(qū)風(fēng)環(huán)境的影響，以通用時(shí)代小區(qū)北側(cè)20 m 的“星宇V 立方”為研究對(duì)象，該建筑屬典型高聳建筑。試驗(yàn)過(guò)程中，對(duì)4 組風(fēng)向角作用下(0°、90°、180°、270°)有無(wú)高聳建筑時(shí)小區(qū)內(nèi)部風(fēng)場(chǎng)進(jìn)行了詳細(xì)分析，獲取的人行高度風(fēng)場(chǎng)分布如圖12 所示。從圖中可以發(fā)現(xiàn)，在V 立方附近，CD1(無(wú)V 立方)與CD2(有V 立方)兩種工況作用下小區(qū)內(nèi)部風(fēng)場(chǎng)出現(xiàn)了較大波動(dòng)，而在遠(yuǎn)離V 立方區(qū)域，風(fēng)場(chǎng)變化很小。整體而言，在有V 立方時(shí)，其附近產(chǎn)生了明顯的加速作用。

圖 12 不同風(fēng)向作用下小區(qū)人行高度風(fēng)場(chǎng)分布云圖Fig. 12 Velocity contour under different wind directions

圖 13 高聳建筑影響下的風(fēng)剖面分布 /mFig. 13 Wind profile distribution under the influence of high-rise buildings

不同工況下監(jiān)測(cè)點(diǎn)風(fēng)剖面分布如圖13 所示，從圖中可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)來(lái)流風(fēng)向角為0°時(shí)，由于小區(qū)建筑物的阻擋作用，1 號(hào)、2 號(hào)點(diǎn)在低于0.5 m高度處風(fēng)速較小，1 號(hào)測(cè)點(diǎn)位于V 立方的正后側(cè)，相比無(wú)V 立方情況，風(fēng)速偏小，說(shuō)明建筑物對(duì)風(fēng)場(chǎng)產(chǎn)生了較大拖曳作用。2 號(hào)點(diǎn)在0.7 倍高度處風(fēng)速有細(xì)微波動(dòng)，3 號(hào)點(diǎn)風(fēng)速則無(wú)明顯變化，說(shuō)明在0°風(fēng)向角下，V 立方對(duì)正后方風(fēng)場(chǎng)的影響較大，且影響程度隨著距離的增加而減小。當(dāng)來(lái)流風(fēng)向角為90°時(shí)，4 號(hào)點(diǎn)位于V 立方后側(cè)，風(fēng)速出現(xiàn)了明顯的減速作用，5 號(hào)點(diǎn)風(fēng)速出現(xiàn)了細(xì)微波動(dòng)，6 號(hào)點(diǎn)風(fēng)速則無(wú)明顯變化。當(dāng)來(lái)流為180°時(shí)，V 立方在小區(qū)后側(cè)，風(fēng)速相比無(wú)V 立方情況無(wú)明顯變化。當(dāng)來(lái)流為270°時(shí)，12 號(hào)點(diǎn)位于高聳建筑與小區(qū)樓棟的廊道中，風(fēng)速具有明顯的加速效應(yīng)，距12 號(hào)點(diǎn)120 m 位置的10 號(hào)點(diǎn)風(fēng)速則無(wú)明顯變化。通過(guò)對(duì)風(fēng)剖面影響距離進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)鄰近建筑對(duì)小區(qū)風(fēng)場(chǎng)的影響范圍與來(lái)流風(fēng)向密切相關(guān)。當(dāng)高聳建筑物在小區(qū)前方，建筑物會(huì)對(duì)風(fēng)場(chǎng)產(chǎn)生明顯拖曳作用，如果該建筑與附近高樓形成了廊道，會(huì)產(chǎn)生較大的廊道效應(yīng)。因此，高聳建筑設(shè)計(jì)時(shí)需考慮風(fēng)向與建筑形態(tài)耦合作用給風(fēng)環(huán)境帶來(lái)的不良影響。

同時(shí)，對(duì)大廈周圍300 m 區(qū)域范圍內(nèi)有無(wú)V 立方的小區(qū)風(fēng)環(huán)境進(jìn)行了詳細(xì)對(duì)比分析，如圖14所示。圖中不同顏色表示不同區(qū)域范圍的測(cè)點(diǎn)，其中，方點(diǎn)兒、圓點(diǎn)兒、三角點(diǎn)兒分別代表0 m～100 m、100 m～200 m、200 m～300 m 區(qū)域范圍。從圖中可以發(fā)現(xiàn)，在V 立方附近100 m 內(nèi)區(qū)域多處出現(xiàn)了加速效應(yīng)。對(duì)圖中三種不同距離散點(diǎn)圖進(jìn)行線性擬合，發(fā)現(xiàn)100 m、200 m 和300 m 范圍內(nèi)的擬合值分別為0.75、0.94 和0.98，說(shuō)明高聳建筑對(duì)小區(qū)100 m、200 m 和300 m 范圍內(nèi)平均風(fēng)速造成了25%、6%和2%的加速作用，其加速效應(yīng)隨著距離的增大而減小。

圖 14 有無(wú)高聳建筑作用下風(fēng)速對(duì)比圖Fig. 14 Comparison of the wind velocity under the influence of high-rise buildings

2.4 植被對(duì)小區(qū)風(fēng)環(huán)境影響

為分析地表植被對(duì)小區(qū)風(fēng)環(huán)境的影響，對(duì)小區(qū)核心位置進(jìn)行了3 種不同尺寸植被試驗(yàn)，植被尺寸分別為4 cm×3 cm、3 cm×2 cm、2 cm×1 cm，對(duì)應(yīng)的實(shí)際高度分別為10 m、7.5 m 和5 m，植被模型如圖15 所示。

圖 15 不同尺寸植被作用下風(fēng)洞試驗(yàn) /cmFig. 15 Wind tunnel test with different vegetations

同樣，在C 類地貌參考高度為8 m/s 風(fēng)速條件下獲取了CE1(大樹(shù))、CE2(中樹(shù))和CE3(小樹(shù))三種工況作用下的小區(qū)詳細(xì)風(fēng)場(chǎng)分布，對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)風(fēng)速取平均發(fā)現(xiàn)無(wú)植被工況平均風(fēng)速為1.96 m/s，小樹(shù)作用下風(fēng)速平均值為1.80 m/s，中樹(shù)作用下為1.73 m/s，而大樹(shù)作用下為1.67 m/s。說(shuō)明了植被對(duì)小區(qū)平均風(fēng)速起到了拖曳作用，且拖曳作用隨著植被的體形增大而增大，將三種工況測(cè)點(diǎn)無(wú)量綱風(fēng)速與無(wú)植被工況進(jìn)行對(duì)比，如圖16 所示。從圖中可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)添加植被后大部分監(jiān)測(cè)點(diǎn)風(fēng)速要小于無(wú)植被情況，與無(wú)植被工況相比，大、中、小三種植被下的風(fēng)速擬合系數(shù)分別為0.872、0.894、0.928，說(shuō)明三種植被作用下人行高度平均風(fēng)速分別減小了12.8%、10.6%和7.2%。

圖 16 不同尺寸植被作用下平均風(fēng)速對(duì)比Fig. 16 Comparison of mean wind speed with different vegetations

3 結(jié)論

基于大尺寸風(fēng)洞對(duì)通用時(shí)代小區(qū)風(fēng)環(huán)境進(jìn)行了全方位、多工況試驗(yàn)研究，在考慮不同來(lái)流、不同風(fēng)速，有無(wú)高聳建筑與植被后獲取了小區(qū)內(nèi)部流場(chǎng)的詳細(xì)分布，總結(jié)了各因素對(duì)小區(qū)流場(chǎng)的影響，得到了以下研究結(jié)論：

(1)憑借大尺寸風(fēng)洞與大比例模型試驗(yàn)，較好的消除了風(fēng)洞壁與外圍建筑的邊界效應(yīng)，并利用大量布設(shè)測(cè)點(diǎn)的方法獲取了小區(qū)內(nèi)部流場(chǎng)的詳盡分布。

(2)揭示了均勻來(lái)流與C 類地貌來(lái)流作用下小區(qū)平均風(fēng)速的分布規(guī)律析，發(fā)現(xiàn)了兩種工況下小區(qū)平均風(fēng)場(chǎng)整體分布一致，但局部位置仍存在一定差異。通過(guò)800 m 的地表建筑距離可產(chǎn)生與C 類地表較為一致的平均風(fēng)剖面，但湍流度剖面與C 類地表還存在較大差異。

(3)定量獲取了風(fēng)速與流場(chǎng)的分布關(guān)系，研究顯示，低風(fēng)速來(lái)流下小區(qū)無(wú)量綱風(fēng)速具有較大波動(dòng)，但來(lái)流風(fēng)速大于7 m/s 時(shí)，流場(chǎng)的無(wú)量綱風(fēng)速分布不隨風(fēng)速大小的變化而變化。

(4)闡明了鄰近高聳建筑對(duì)小區(qū)內(nèi)部風(fēng)環(huán)境的影響規(guī)律，鄰近建筑對(duì)小區(qū)風(fēng)場(chǎng)的影響距離與建筑形態(tài)密切相關(guān)，需盡量避免盛行風(fēng)速與建筑形態(tài)耦合作用下引起的風(fēng)環(huán)境不舒適，高聳建筑會(huì)給其周圍風(fēng)場(chǎng)造成加速效應(yīng)，且加速效應(yīng)隨著距離的增加而減小。

(5)展示了植被對(duì)小區(qū)風(fēng)場(chǎng)的拖曳作用，其拖曳作用與植被大小成正比關(guān)系，對(duì)通用時(shí)代小區(qū)而言，大、中、小3 種植被作用下人行高度平均風(fēng)速分別減小了12.8%、10.6%和7.2%。