案例1 - 环境风下的建筑群流场分析

1.案例介绍

在建筑工程中，经常需要评估建筑物或建筑群排布在不同气象条件下的空气流动状况，识别如风荷载、风压分布、温度分布等参数，为建筑结构安全性能等建筑设计对象提供依据。在格物CAE中，借助大气流场模块，可以模拟大气流场中的环境风对研究对象周边的空气流态的影响。

本案例中，建筑群高20m，以5x3的方式进行排布，而环境风在高度上遵循幂指数分布规律，并以一定角度吹向建筑群。本案例将指引如何通过气象文件对此类环境风进行定义，完成大气流场仿真计算。

2.计算文件

网格文件：building.med

计算数据文件：natural_wind

3.操作说明

本案例在格物CAE -> 大气流场仿真模块模块中完成。

3.1 网格导入

下载网格文件，在 大气流场仿真 -> 网格中，类型选择 上传网格，点击上传网格，依照指示将网格文件导入。

导入网格后，可通过鼠标左键移动视角，右击平移网格体。

3.2 选择湍流模型

点击 大气流场仿真，进行湍流模型的选取。选择湍流模型为 k-epsilon，时变特性为 稳态，大气流场类型选择 均质大气，其他保持默认，设置完成情况如图所示：

3.3 全局模型

在 大气流场仿真 -> 全局模型 中，设置z方向重力大小 - 9.81 m/s2，负号表示沿 z 轴负方向，其余方向重力设为 0，设置完成情况如图所示：

3.4 大气流场

在 大气流场仿真 -> 大气流场 中，设置大气数据类型为 气象数据文件，点击 本地上传 上传气象数据文件 natural_wind，设置情况如图所示：

3.5 选择材料

点击 大气流场仿真 -> 材料 右侧的 [+]，添加流体材料 空气 。在大气流场仿真模块中，空气物性无法修改，保持默认，如图所示：

3.6 初始条件

点击 大气流场仿真 -> 初始条件，设置初始状态下流场的速度均为 0，设置湍流初值为 默认，设置完成情况如图所示：

3.7 边界条件

点击 大气流场仿真 -> 边界条件 右侧的 [+]，依此进行如下边界条件的定义：

• 速度入口

选择速度入口，边界类型选择 大气边界 ，点击 施加位置 右侧的 [+]，勾选 East 、North、South 和 West，设置完成情况如图所示：

• 壁面

选择壁面，点击 施加位置右侧的 [+]，施加位置勾选 Ground，其余保持默认，设置完成情况如图所示：

• 对称面

选择对称面，点击 施加位置右侧的 [+]，施加位置勾选 Top，设置完成情况如图所示：

3.8 设置时间步和计算资源

点击 大气流场仿真 > 时间步&资源，保持 定时间步长计算 ，选择时间步数为 500，时间步长为 0.01 s，选择使用的核数为 8 , 输出频率为 10 ，即每计算10步输出一帧后处理结果，如图所示：

4. 提交计算和查看仿真结果

设置完成后，点击 仿真计算，点击 开始计算，即可提交计算。

计算完成后，在大气流场仿真处会显示绿色图标，同时仿真计算处会显示成功，此时可开始进行仿真结果的查看。

点击 仿真计算->结果云图，选择物理场为 Velocity/Magnitude ，即可观看建筑群周边的流场分布到达稳态。