复杂地形条件下重气扩散数值模拟 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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宁平，孙暠，侯明明 著

图书标签:

• 复杂地形
• 重气扩散
• 数值模拟
• 大气扩散
• 气象模型
• 计算流体力学
• 环境科学
• 污染传输
• 数值方法
• 地形影响

出版社： 冶金工业出版社

ISBN：9787502463496

版次：1

商品编码：11325774

包装：平装

开本：16开

出版时间：2013-08-01

用纸：胶版纸

页数：135

字数：175000

正文语种：中文

内容简介

　　《复杂地形条件下重气扩散数值模拟》共分7章，主要内容包括：重气扩散的个旧地形风洞实验和nomcy场地测试数据引用；重气扩散相关机理，包括传输模型、泄漏源喷射模型和重气液滴云团参与的重气扩散模型的建立；流体动力学偏微分方程组算法优化和改进；以存在规则障碍物的Thorney场地测试26和以曲折山地城市地貌为背景的风洞实验的测试结果为复杂地形条件的两种典型情景，使用实验数据对改进的浅层模型和CFD模型进行验证；模型对动态、气态喷射源条件下不同泄漏口面积重气扩散污染模拟的比较和恒定喷射源条件下存在重气液滴相时的重气和液滴重气云团的扩散行为模拟。
　　《复杂地形条件下重气扩散数值模拟》对从事重气扩散研究及管理的人员具有一定的参考价值，同时可供高等院校相关专业的师生阅读。

内页插图

目录

1 绪论
1．1 背景与意义
1．2 重气扩散主要过程和影响因素
1．3 重气扩散模型评价标准
1．4 重气扩散模型
1．4．1 泄漏源模型
1．4．2 重气扩散模型
1．4．3 大气边界层量化研究
1．4．4 流体动力学模型算法
1．5 工作和创新
1．6 本章小结
2 实验和数据收集
2．1 个旧地形液化气泄漏风洞实验
2．1．1 风洞实验相似性准则
2．1．2 个旧地理环境概要
2．1．3 环境风廓线的测定
2．1．4 环境风洞实验设置
2．1．5 环境风洞实验结果
2．2 Thorney Island场地实验简介及数据引用
2．3 本章小结
3 数学模型的建立
3．1 重气扩散相关物理分析
3．1．1 泄漏喷射过程分析
3．1．2 喷射源模型与传输模型的结合
3．1．3 重气液滴与两相流分析
3．1．4 大气稳定度与边界层风速
3．1．5 边界层大气湍流和主要湍流模型
3．1．6 Smagorinsky-Lmy湍流模型
3．2 框架模型
3．2．1 改进的重气浅层模型
3．2．2 三维重气传播扩散模型
3．3 辅助模型
3．3．1 泄漏源模型
3．3．2 含重气液滴的重气传播扩散模型
3．4 本章小结
4 数值算法．
4．1 传统有限差分算法中的问题
4．1．1 线性化Burgers项差分方法
4．1．2 迎风格式
4．2 半离散格式
4．3 算法的时间积分方案和优化
4．3．1 交错时间步的时间积分方案
4．3．2 算法叠加原理
4．3．3 速度方程组的耦合
4．4 压力修正的最优化方法
4．4．1 最优化压力修正方法的提出
4．4．2 最优化压力修正的算法
4．4．3 计算实例
4．5 本章小结
5 数值模拟和模型检验
5．1 Thorney测试26的二维浅层模型模拟与检验
5．1．1 数值模拟的设定
5．1．2 模拟结果
5．1．3 模拟与实验的比较
5．2 个旧地形风洞实验改进的二维浅层模型模拟与检验
5．2．1 数值模拟的设定
5．2．2 模拟结果
5．2．3 模拟与实验的比较
5．3 个旧地形风洞实验改进的三维CFD模型模拟与检验
5．3．1 数值模拟的设定
5．3．2 模拟结果
5．3．3 模拟与实验的比较
5．4 本章小结
6 模型预报
6．1 二维浅层模型对不同泄漏口面积的重气扩散预报
6．2 二维浅层模型对含重气液滴的重气体系的扩散预报
6．3 三维CFD模型对含重气液滴的重气体系的扩散预报
6．4 本章小结
7 总结和展望
7．1 结论
7．2 创新和进步
7．3 展望和建议
附录
附录A 不同分类标准的相关性
附录B 二维浅层模型方程的推导
附录C 两相重气体系重气液滴相和气相间的传质模型的推导
附录D 三维模型地曲面坐标下梯度、散度和旋度算子的确定
参考文献
符号说明

精彩书摘

　　1.4 重气扩散模型
　　1.4.1 泄漏源模型
　　一般重气扩散问题所考察的源类型有多种分类。从泄漏口的空间分布的角度上，有点源泄漏、线源泄漏和面源泄漏；在时间的连续性上，可分为连续源和非连续源。由于存贮环境的热力学状态与环境状态的差异，以及泄漏物质本身的物理性质的因素，泄漏的过程多伴有泄漏物质的相变发生。随泄漏物质本身性质的不同，将出现闪蒸、凝华等现象，甚至由于可能产生的重气液滴，而形成两相流。实际上，对于含有重气液滴并处于气、液两相相平衡状态的流体，因其相对于空气较高的平均密度及其扩散方式，所以伴有重气液滴的高密度化工废气也被广义地划分为重气。这意味着，对于泄漏源的划分必须从其对扩散和传输影响的角度上，考虑物质的存贮和可能导致的物相变化，并同时考虑可能发生的化学反应。从泄漏物质的物化性质及热力学机理的角度上泄漏源可分为5大类：
　　（1）环境压力及温度下，相对高沸点物质的液态流体的泄漏，并在环境中缓慢挥蒸形成气体污染物；
　　（2）环境压力及温度下，相对低沸点物质的气态泄漏，直接传输至大气；
　　（3）物质以相饱和状态的泄漏，以液体、气体或气一液混合状态进入环境大气；
　　（4）高压储存的物质，泄漏时在环境大气压力下闪蒸成气态，进入传输扩散过程；
　　（5）泄漏物质与环境水蒸气反应，形成新物质进入扩散传输过程。比如常见的危险化工气体：C12、S02、NH4等常以高压液态形式存贮于气罐中，如泄漏将瞬间气化，或以气态或以气体伴有重气液滴形式进入环境。再如65％SO，泄漏时其与环境水蒸气反应，反应物以重气液滴与气体共存形式存在，属于最后一种类型。
　　化工有害气体多以高压状态储存，目的是人为降低其沸点以迫使其成为液体而减少储存体积，而且，除了压力，储存罐中物质的状态还取决于环境温度。这类常储存于高压环境气体中，随存储压力的不同储存器皿内的物质有以下几种可能的状态：
　　（1）气态（super．heated steam）；
　　（2）高压状态下的过冷液体（subcooled liquid），即所谓液化气；
　　（3）处于相饱和状态的气一液共存体；
　　（4）较为少见的可压液体。
　　……

前言/序言

《城市高层建筑群风环境数值模拟方法与应用》 内容简介 本书全面系统地介绍了城市高层建筑群风环境数值模拟的理论基础、关键技术、模型构建及实际应用案例。旨在为建筑师、城市规划师、环境工程师以及相关研究人员提供一套科学、详尽的指导工具，以深入理解和精确评估复杂城市尺度下的气流组织与污染物输移扩散规律。 第一部分 理论基础与前沿进展 本书首先深入探讨了城市尺度大气边界层理论，重点阐述了地表粗糙度对气流结构的影响机制。在此基础上，详细介绍了空气动力学、湍流理论以及风环境模拟的核心物理模型。特别强调了雷诺平均纳维-斯托克斯（RANS）模型、大涡模拟（LES）在描述城市峡谷内复杂涡结构和动量传递中的适用性与局限性。内容涵盖了湍流模型（如 $k-epsilon$, $k-omega$ SST 模型）的选择标准与参数校正，以及如何准确捕捉建筑迎风面分离、再附着和涡街脱落等关键流动现象。 此外，本书对当前前沿研究，如耦合城市热力学效应的微气候模拟、植被对风场的影响参数化处理、以及高分辨率卫星遥感数据在构建真实地表信息中的应用进行了深入评述，为读者把握领域最新动态提供了坚实的基础。 第二部分 数值模拟技术与计算流体动力学（CFD）实现 本部分聚焦于数值计算方法论。详细解析了计算流体动力学（CFD）在风环境模拟中的核心技术栈。内容涵盖了求解域的离散化技术，包括交错网格、非结构网格和混合网格的构建策略，尤其侧重于如何在高层建筑尖锐几何体和狭窄街道空间实现高网格质量。 控制方程的数值求解方面，本书系统介绍了有限体积法（FVM）的离散格式，如迎风格式、中心差分格式以及高分辨率格式（如 QUICK、MUSCL）在对流项处理上的优劣比较。压力-速度耦合算法（如 SIMPLE、PISO 算法）的迭代收敛性分析及其在瞬态模拟中的应用策略被详细阐述。 针对高层建筑群的特点，本书着重讨论了边界条件（Inlet/Outlet Boundary Conditions）的设定，包括如何利用实测数据或区域气象场数据来构建具有代表性的入口风廓线（如幂律或指数律），以及如何处理对称边界和壁面边界条件（无滑移条件或自由剪切条件）。 第三部分 城市风环境的参数化与耦合模拟 城市风环境的复杂性不仅来源于几何形态，还来源于多尺度过程的耦合。本章专门介绍了参数化技术在提高计算效率和准确性方面的应用。 地表参数化： 详细阐述了如何通过构建有效的地表粗糙度模型（如基于地表覆盖物的有效粗糙度长度和高度）来替代过于精细的网格划分，从而有效模拟大尺度风场对局部区域的背景影响。 多尺度嵌套： 介绍了区域（meso-scale）气象模型输出如何作为嵌套模型（micro-scale）的驱动边界条件，实现从城市群尺度到单体建筑尺度的无缝衔接模拟。 污染物输移模拟： 将风场模拟与物质输移（如通风效率、空气质量预测）的求解相结合，重点讨论了基于拉格朗日粒子追踪法（LPT）和欧拉守恒方程法（Eulerian Transport Equation）在评估建筑间隙和通风口的污染物稀释过程中的计算流程与结果分析方法。 第四部分 案例分析与工程应用 本部分通过一系列典型的工程案例，展示了数值模拟成果在实际规划与设计决策中的指导作用。案例涵盖： 1. 高密度核心区通风廊道评估： 通过对不同建筑布局方案进行对比，量化评估其对城市风道形成和微风速的改善效果。 2. 超高层建筑群落地表风速优化： 聚焦于裙楼、塔楼间隙的气流收敛效应，提出优化塔楼间距、设置导流结构以避免底层行人尺度风速超标的设计建议。 3. 公共空间人体舒适度分析： 结合行人尺度风速标准（如CEN标准或相关规范），利用模拟结果输出年度频率分布图，指导广场、步行街的设计。 第五部分 结果后处理与验证 本书最后阐述了如何对海量的CFD计算结果进行有效、直观的可视化处理和工程化解读。内容包括：风速/风向矢量图、涡量分布图、压力云图的生成方法。同时，强调了模型验证（Validation）和标定（Calibration）的重要性，详细介绍了如何利用风洞实验数据、实测风速数据对数值模型（如湍流模型常数和边界层参数）进行敏感性分析和参数调整，确保模拟结果的可靠性。 本书内容深度适中，注重理论与实践的结合，是城市风环境研究与工程应用领域不可或缺的参考手册。

评分☆☆☆☆☆

当我看到这本书的书名时，脑海中立刻闪现出无数个关于大气动力学和环境流体力学的疑问。我一直认为，理解复杂地形对气流和污染物扩散的影响，是掌握区域性大气环境变化规律的关键。这本书的题目就直接点出了这一核心问题，让我对它的内容充满了期待。我非常希望书中能够提供关于复杂地形对风场结构、湍流耗散、以及气团混合等过程的具体影响分析，并在此基础上，详细介绍如何利用数值模拟手段来捕捉这些细微但至关重要的变化。例如，在山谷中，风的加速和减速效应，涡流的形成和演变；在城市峡谷中，不同高度和方向的风速差异，以及污染物在楼宇间的“囚禁”和“通风”效应。此外，我个人对多相流模拟在重气扩散中的应用非常感兴趣，如果书中能探讨如何模拟不同密度、黏度甚至固相颗粒的重气在复杂地形中的沉降、扩散和聚集过程，那将是这本书最让我兴奋的部分。

评分☆☆☆☆☆

我是在一次偶然的学术交流中听说了这本书，当时几位资深的环境科学家都提到了它的重要性，便引起了我极大的好奇。虽然我个人的研究方向并非直接与数值模拟相关，但我深知在大气科学领域，准确可靠的模拟计算是科学研究和工程应用的基础。尤其是“重气扩散”这个词，立刻就联想到了一些高危行业的安全管理和应急预案制定，比如化工厂的泄漏事故，或者某些特定气体在低洼地带的聚集效应，这些都可能对周边环境和居民健康造成严重威胁。这本书如果能深入浅出地解释重气扩散的物理机制，并在此基础上提供一套系统、可操作的数值模拟方法，那将是对整个行业的一大贡献。我特别关注书中是否会讨论到数值模拟结果的不确定性分析和验证方法，毕竟在复杂的现实环境中，任何模拟都无法做到百分之百的精确。如果能包含这方面的内容，那这本书的实用价值将大大提升，不仅对学术研究者，对实际从事安全生产和环境监管的工程师和管理者来说，都将是一本不可多得的参考手册。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计简洁大气，书名《复杂地形条件下重气扩散数值模拟》本身就充满了科学的严谨感和研究的深度。我一直对大气环境的模拟计算非常感兴趣，尤其是在一些非理想化的复杂地形区域，例如山脉、峡谷、城市建筑群等，这些区域的风场和污染物扩散行为往往与平坦开阔地带截然不同，充满了挑战性。这本书的出现，恰好填补了我在这方面知识的空白。我特别期待书中能够详细阐述针对复杂地形，如何选择和构建合适的数值模型，例如CFD（计算流体动力学）模型，以及在模型中如何有效地处理地形的几何形状，如何进行网格划分，如何选择合适的湍流模型等等。我猜想书中一定会有大量的公式推导和算法介绍，这对于我这样的技术型读者来说是极大的诱惑。同时，我也希望书中能通过具体的案例研究，展示这些数值模拟方法在实际应用中的威力，比如在工业事故应急响应、城市空气质量预测、甚至是自然灾害（如火山灰扩散）的模拟中。能有一本专注于这一细分领域，并且内容扎实的学术专著，对我来说是难得的学习机会。

评分☆☆☆☆☆

这本书的书名《复杂地形条件下重气扩散数值模拟》一听就感觉是一本硬核的学术专著，充满了理工科的严谨和深度。我个人对气象学和环境工程交叉领域的研究一直有着浓厚的兴趣，特别是对于如何在现实世界中应用先进的计算工具来解决实际问题。复杂地形下的重气扩散，这绝对是一个充满挑战的研究方向。我非常期待书中能够系统地介绍目前国际上最先进的数值模型，例如哪些是当前主流的CFD模型，它们各自的优缺点是什么，以及在处理复杂地形时，如何选择最适合的模型。我尤其关心书中是否会详细讨论模型验证和不确定性分析的方法，毕竟任何科学研究都离不开与实际观测数据的对比和对结果可靠性的评估。如果书中能够包含一些案例研究，比如模拟某地区的工业事故，或者自然灾害（如火山爆发）的扩散过程，并与实际观测数据进行对比验证，那将极大地增强本书的说服力和实用性。

评分☆☆☆☆☆

这本书的书名《复杂地形条件下重气扩散数值模拟》给我的第一印象是它将是一部内容非常专业且具有挑战性的著作。我对大气科学领域的数值模拟一直抱有极大的热情，尤其是在处理非平坦、不规则的地形时，空气动力学和污染物输送的复杂性会急剧增加。我非常希望这本书能够深入探讨如何构建和优化用于模拟这类复杂情况的数值模型，例如，在网格生成方面，如何有效地捕捉地形的精细结构，以及如何选择合适的湍流模型来描述复杂流场的特性。我尤其关注书中是否会介绍如何处理“重气”这一概念，比如如何考虑气体的密度效应、浮力效应以及可能的相变过程，并将其融入到数值计算框架中。若书中能提供一些针对实际工程问题的模拟案例，例如城市峡谷或山区工业区的污染物扩散，并对其模拟结果进行详细的分析和讨论，那将极大地提高本书的学习价值和应用指导意义。