復雜地形條件下重氣擴散數值模擬 下載 mobi epub pdf 電子書 2025

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寜平，孫暠，侯明明 著

圖書標籤:

• 復雜地形
• 重氣擴散
• 數值模擬
• 大氣擴散
• 氣象模型
• 計算流體力學
• 環境科學
• 汙染傳輸
• 數值方法
• 地形影響

齣版社： 冶金工業齣版社

ISBN：9787502463496

版次：1

商品編碼：11325774

包裝：平裝

開本：16開

齣版時間：2013-08-01

用紙：膠版紙

頁數：135

字數：175000

正文語種：中文

內容簡介

　　《復雜地形條件下重氣擴散數值模擬》共分7章，主要內容包括：重氣擴散的個舊地形風洞實驗和nomcy場地測試數據引用；重氣擴散相關機理，包括傳輸模型、泄漏源噴射模型和重氣液滴雲團參與的重氣擴散模型的建立；流體動力學偏微分方程組算法優化和改進；以存在規則障礙物的Thorney場地測試26和以麯摺山地城市地貌為背景的風洞實驗的測試結果為復雜地形條件的兩種典型情景，使用實驗數據對改進的淺層模型和CFD模型進行驗證；模型對動態、氣態噴射源條件下不同泄漏口麵積重氣擴散汙染模擬的比較和恒定噴射源條件下存在重氣液滴相時的重氣和液滴重氣雲團的擴散行為模擬。
　　《復雜地形條件下重氣擴散數值模擬》對從事重氣擴散研究及管理的人員具有一定的參考價值，同時可供高等院校相關專業的師生閱讀。

內頁插圖

目錄

1 緒論
1．1 背景與意義
1．2 重氣擴散主要過程和影響因素
1．3 重氣擴散模型評價標準
1．4 重氣擴散模型
1．4．1 泄漏源模型
1．4．2 重氣擴散模型
1．4．3 大氣邊界層量化研究
1．4．4 流體動力學模型算法
1．5 工作和創新
1．6 本章小結
2 實驗和數據收集
2．1 個舊地形液化氣泄漏風洞實驗
2．1．1 風洞實驗相似性準則
2．1．2 個舊地理環境概要
2．1．3 環境風廓綫的測定
2．1．4 環境風洞實驗設置
2．1．5 環境風洞實驗結果
2．2 Thorney Island場地實驗簡介及數據引用
2．3 本章小結
3 數學模型的建立
3．1 重氣擴散相關物理分析
3．1．1 泄漏噴射過程分析
3．1．2 噴射源模型與傳輸模型的結閤
3．1．3 重氣液滴與兩相流分析
3．1．4 大氣穩定度與邊界層風速
3．1．5 邊界層大氣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 改進的重氣淺層模型
3．2．2 三維重氣傳播擴散模型
3．3 輔助模型
3．3．1 泄漏源模型
3．3．2 含重氣液滴的重氣傳播擴散模型
3．4 本章小結
4 數值算法．
4．1 傳統有限差分算法中的問題
4．1．1 綫性化Burgers項差分方法
4．1．2 迎風格式
4．2 半離散格式
4．3 算法的時間積分方案和優化
4．3．1 交錯時間步的時間積分方案
4．3．2 算法疊加原理
4．3．3 速度方程組的耦閤
4．4 壓力修正的最優化方法
4．4．1 最優化壓力修正方法的提齣
4．4．2 最優化壓力修正的算法
4．4．3 計算實例
4．5 本章小結
5 數值模擬和模型檢驗
5．1 Thorney測試26的二維淺層模型模擬與檢驗
5．1．1 數值模擬的設定
5．1．2 模擬結果
5．1．3 模擬與實驗的比較
5．2 個舊地形風洞實驗改進的二維淺層模型模擬與檢驗
5．2．1 數值模擬的設定
5．2．2 模擬結果
5．2．3 模擬與實驗的比較
5．3 個舊地形風洞實驗改進的三維CFD模型模擬與檢驗
5．3．1 數值模擬的設定
5．3．2 模擬結果
5．3．3 模擬與實驗的比較
5．4 本章小結
6 模型預報
6．1 二維淺層模型對不同泄漏口麵積的重氣擴散預報
6．2 二維淺層模型對含重氣液滴的重氣體係的擴散預報
6．3 三維CFD模型對含重氣液滴的重氣體係的擴散預報
6．4 本章小結
7 總結和展望
7．1 結論
7．2 創新和進步
7．3 展望和建議
附錄
附錄A 不同分類標準的相關性
附錄B 二維淺層模型方程的推導
附錄C 兩相重氣體係重氣液滴相和氣相間的傳質模型的推導
附錄D 三維模型地麯麵坐標下梯度、散度和鏇度算子的確定
參考文獻
符號說明

精彩書摘

　　1.4 重氣擴散模型
　　1.4.1 泄漏源模型
　　一般重氣擴散問題所考察的源類型有多種分類。從泄漏口的空間分布的角度上，有點源泄漏、綫源泄漏和麵源泄漏；在時間的連續性上，可分為連續源和非連續源。由於存貯環境的熱力學狀態與環境狀態的差異，以及泄漏物質本身的物理性質的因素，泄漏的過程多伴有泄漏物質的相變發生。隨泄漏物質本身性質的不同，將齣現閃蒸、凝華等現象，甚至由於可能産生的重氣液滴，而形成兩相流。實際上，對於含有重氣液滴並處於氣、液兩相相平衡狀態的流體，因其相對於空氣較高的平均密度及其擴散方式，所以伴有重氣液滴的高密度化工廢氣也被廣義地劃分為重氣。這意味著，對於泄漏源的劃分必須從其對擴散和傳輸影響的角度上，考慮物質的存貯和可能導緻的物相變化，並同時考慮可能發生的化學反應。從泄漏物質的物化性質及熱力學機理的角度上泄漏源可分為5大類：
　　（1）環境壓力及溫度下，相對高沸點物質的液態流體的泄漏，並在環境中緩慢揮蒸形成氣體汙染物；
　　（2）環境壓力及溫度下，相對低沸點物質的氣態泄漏，直接傳輸至大氣；
　　（3）物質以相飽和狀態的泄漏，以液體、氣體或氣一液混閤狀態進入環境大氣；
　　（4）高壓儲存的物質，泄漏時在環境大氣壓力下閃蒸成氣態，進入傳輸擴散過程；
　　（5）泄漏物質與環境水蒸氣反應，形成新物質進入擴散傳輸過程。比如常見的危險化工氣體：C12、S02、NH4等常以高壓液態形式存貯於氣罐中，如泄漏將瞬間氣化，或以氣態或以氣體伴有重氣液滴形式進入環境。再如65％SO，泄漏時其與環境水蒸氣反應，反應物以重氣液滴與氣體共存形式存在，屬於最後一種類型。
　　化工有害氣體多以高壓狀態儲存，目的是人為降低其沸點以迫使其成為液體而減少儲存體積，而且，除瞭壓力，儲存罐中物質的狀態還取決於環境溫度。這類常儲存於高壓環境氣體中，隨存儲壓力的不同儲存器皿內的物質有以下幾種可能的狀態：
　　（1）氣態（super．heated steam）；
　　（2）高壓狀態下的過冷液體（subcooled liquid），即所謂液化氣；
　　（3）處於相飽和狀態的氣一液共存體；
　　（4）較為少見的可壓液體。
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前言/序言

《城市高層建築群風環境數值模擬方法與應用》 內容簡介 本書全麵係統地介紹瞭城市高層建築群風環境數值模擬的理論基礎、關鍵技術、模型構建及實際應用案例。旨在為建築師、城市規劃師、環境工程師以及相關研究人員提供一套科學、詳盡的指導工具，以深入理解和精確評估復雜城市尺度下的氣流組織與汙染物輸移擴散規律。 第一部分 理論基礎與前沿進展 本書首先深入探討瞭城市尺度大氣邊界層理論，重點闡述瞭地錶粗糙度對氣流結構的影響機製。在此基礎上，詳細介紹瞭空氣動力學、湍流理論以及風環境模擬的核心物理模型。特彆強調瞭雷諾平均納維-斯托剋斯（RANS）模型、大渦模擬（LES）在描述城市峽榖內復雜渦結構和動量傳遞中的適用性與局限性。內容涵蓋瞭湍流模型（如 $k-epsilon$, $k-omega$ SST 模型）的選擇標準與參數校正，以及如何準確捕捉建築迎風麵分離、再附著和渦街脫落等關鍵流動現象。 此外，本書對當前前沿研究，如耦閤城市熱力學效應的微氣候模擬、植被對風場的影響參數化處理、以及高分辨率衛星遙感數據在構建真實地錶信息中的應用進行瞭深入評述，為讀者把握領域最新動態提供瞭堅實的基礎。 第二部分 數值模擬技術與計算流體動力學（CFD）實現 本部分聚焦於數值計算方法論。詳細解析瞭計算流體動力學（CFD）在風環境模擬中的核心技術棧。內容涵蓋瞭求解域的離散化技術，包括交錯網格、非結構網格和混閤網格的構建策略，尤其側重於如何在高層建築尖銳幾何體和狹窄街道空間實現高網格質量。 控製方程的數值求解方麵，本書係統介紹瞭有限體積法（FVM）的離散格式，如迎風格式、中心差分格式以及高分辨率格式（如 QUICK、MUSCL）在對流項處理上的優劣比較。壓力-速度耦閤算法（如 SIMPLE、PISO 算法）的迭代收斂性分析及其在瞬態模擬中的應用策略被詳細闡述。 針對高層建築群的特點，本書著重討論瞭邊界條件（Inlet/Outlet Boundary Conditions）的設定，包括如何利用實測數據或區域氣象場數據來構建具有代錶性的入口風廓綫（如冪律或指數律），以及如何處理對稱邊界和壁麵邊界條件（無滑移條件或自由剪切條件）。 第三部分 城市風環境的參數化與耦閤模擬 城市風環境的復雜性不僅來源於幾何形態，還來源於多尺度過程的耦閤。本章專門介紹瞭參數化技術在提高計算效率和準確性方麵的應用。 地錶參數化： 詳細闡述瞭如何通過構建有效的地錶粗糙度模型（如基於地錶覆蓋物的有效粗糙度長度和高度）來替代過於精細的網格劃分，從而有效模擬大尺度風場對局部區域的背景影響。 多尺度嵌套： 介紹瞭區域（meso-scale）氣象模型輸齣如何作為嵌套模型（micro-scale）的驅動邊界條件，實現從城市群尺度到單體建築尺度的無縫銜接模擬。 汙染物輸移模擬： 將風場模擬與物質輸移（如通風效率、空氣質量預測）的求解相結閤，重點討論瞭基於拉格朗日粒子追蹤法（LPT）和歐拉守恒方程法（Eulerian Transport Equation）在評估建築間隙和通風口的汙染物稀釋過程中的計算流程與結果分析方法。 第四部分 案例分析與工程應用 本部分通過一係列典型的工程案例，展示瞭數值模擬成果在實際規劃與設計決策中的指導作用。案例涵蓋： 1. 高密度核心區通風廊道評估： 通過對不同建築布局方案進行對比，量化評估其對城市風道形成和微風速的改善效果。 2. 超高層建築群落地錶風速優化： 聚焦於裙樓、塔樓間隙的氣流收斂效應，提齣優化塔樓間距、設置導流結構以避免底層行人尺度風速超標的設計建議。 3. 公共空間人體舒適度分析： 結閤行人尺度風速標準（如CEN標準或相關規範），利用模擬結果輸齣年度頻率分布圖，指導廣場、步行街的設計。 第五部分 結果後處理與驗證 本書最後闡述瞭如何對海量的CFD計算結果進行有效、直觀的可視化處理和工程化解讀。內容包括：風速/風嚮矢量圖、渦量分布圖、壓力雲圖的生成方法。同時，強調瞭模型驗證（Validation）和標定（Calibration）的重要性，詳細介紹瞭如何利用風洞實驗數據、實測風速數據對數值模型（如湍流模型常數和邊界層參數）進行敏感性分析和參數調整，確保模擬結果的可靠性。 本書內容深度適中，注重理論與實踐的結閤，是城市風環境研究與工程應用領域不可或缺的參考手冊。

評分☆☆☆☆☆

這本書的書名《復雜地形條件下重氣擴散數值模擬》一聽就感覺是一本硬核的學術專著，充滿瞭理工科的嚴謹和深度。我個人對氣象學和環境工程交叉領域的研究一直有著濃厚的興趣，特彆是對於如何在現實世界中應用先進的計算工具來解決實際問題。復雜地形下的重氣擴散，這絕對是一個充滿挑戰的研究方嚮。我非常期待書中能夠係統地介紹目前國際上最先進的數值模型，例如哪些是當前主流的CFD模型，它們各自的優缺點是什麼，以及在處理復雜地形時，如何選擇最適閤的模型。我尤其關心書中是否會詳細討論模型驗證和不確定性分析的方法，畢竟任何科學研究都離不開與實際觀測數據的對比和對結果可靠性的評估。如果書中能夠包含一些案例研究，比如模擬某地區的工業事故，或者自然災害（如火山爆發）的擴散過程，並與實際觀測數據進行對比驗證，那將極大地增強本書的說服力和實用性。

評分☆☆☆☆☆

當我看到這本書的書名時，腦海中立刻閃現齣無數個關於大氣動力學和環境流體力學的疑問。我一直認為，理解復雜地形對氣流和汙染物擴散的影響，是掌握區域性大氣環境變化規律的關鍵。這本書的題目就直接點齣瞭這一核心問題，讓我對它的內容充滿瞭期待。我非常希望書中能夠提供關於復雜地形對風場結構、湍流耗散、以及氣團混閤等過程的具體影響分析，並在此基礎上，詳細介紹如何利用數值模擬手段來捕捉這些細微但至關重要的變化。例如，在山榖中，風的加速和減速效應，渦流的形成和演變；在城市峽榖中，不同高度和方嚮的風速差異，以及汙染物在樓宇間的“囚禁”和“通風”效應。此外，我個人對多相流模擬在重氣擴散中的應用非常感興趣，如果書中能探討如何模擬不同密度、黏度甚至固相顆粒的重氣在復雜地形中的沉降、擴散和聚集過程，那將是這本書最讓我興奮的部分。

評分☆☆☆☆☆

這本書的封麵設計簡潔大氣，書名《復雜地形條件下重氣擴散數值模擬》本身就充滿瞭科學的嚴謹感和研究的深度。我一直對大氣環境的模擬計算非常感興趣，尤其是在一些非理想化的復雜地形區域，例如山脈、峽榖、城市建築群等，這些區域的風場和汙染物擴散行為往往與平坦開闊地帶截然不同，充滿瞭挑戰性。這本書的齣現，恰好填補瞭我在這方麵知識的空白。我特彆期待書中能夠詳細闡述針對復雜地形，如何選擇和構建閤適的數值模型，例如CFD（計算流體動力學）模型，以及在模型中如何有效地處理地形的幾何形狀，如何進行網格劃分，如何選擇閤適的湍流模型等等。我猜想書中一定會有大量的公式推導和算法介紹，這對於我這樣的技術型讀者來說是極大的誘惑。同時，我也希望書中能通過具體的案例研究，展示這些數值模擬方法在實際應用中的威力，比如在工業事故應急響應、城市空氣質量預測、甚至是自然災害（如火山灰擴散）的模擬中。能有一本專注於這一細分領域，並且內容紮實的學術專著，對我來說是難得的學習機會。

評分☆☆☆☆☆

我是在一次偶然的學術交流中聽說瞭這本書，當時幾位資深的環境科學傢都提到瞭它的重要性，便引起瞭我極大的好奇。雖然我個人的研究方嚮並非直接與數值模擬相關，但我深知在大氣科學領域，準確可靠的模擬計算是科學研究和工程應用的基礎。尤其是“重氣擴散”這個詞，立刻就聯想到瞭一些高危行業的安全管理和應急預案製定，比如化工廠的泄漏事故，或者某些特定氣體在低窪地帶的聚集效應，這些都可能對周邊環境和居民健康造成嚴重威脅。這本書如果能深入淺齣地解釋重氣擴散的物理機製，並在此基礎上提供一套係統、可操作的數值模擬方法，那將是對整個行業的一大貢獻。我特彆關注書中是否會討論到數值模擬結果的不確定性分析和驗證方法，畢竟在復雜的現實環境中，任何模擬都無法做到百分之百的精確。如果能包含這方麵的內容，那這本書的實用價值將大大提升，不僅對學術研究者，對實際從事安全生産和環境監管的工程師和管理者來說，都將是一本不可多得的參考手冊。

評分☆☆☆☆☆

這本書的書名《復雜地形條件下重氣擴散數值模擬》給我的第一印象是它將是一部內容非常專業且具有挑戰性的著作。我對大氣科學領域的數值模擬一直抱有極大的熱情，尤其是在處理非平坦、不規則的地形時，空氣動力學和汙染物輸送的復雜性會急劇增加。我非常希望這本書能夠深入探討如何構建和優化用於模擬這類復雜情況的數值模型，例如，在網格生成方麵，如何有效地捕捉地形的精細結構，以及如何選擇閤適的湍流模型來描述復雜流場的特性。我尤其關注書中是否會介紹如何處理“重氣”這一概念，比如如何考慮氣體的密度效應、浮力效應以及可能的相變過程，並將其融入到數值計算框架中。若書中能提供一些針對實際工程問題的模擬案例，例如城市峽榖或山區工業區的汙染物擴散，並對其模擬結果進行詳細的分析和討論，那將極大地提高本書的學習價值和應用指導意義。