phoenics含地形的室外环境模拟

带有地形信息的室外环境模拟

目前，有越来越多的建筑是临山而建，我们的CAD图纸中，不仅有建筑的设计信息，还会加入一定的高程信息或者山脉的等高线信息。由于山体的属性较为复杂且对环境的影响较大，如果简单的将山体视为一个实体置入PHOENICS进行计算，会使影响室外热环境的准确性。为了使模拟结果与实际情况更为吻合，我们可以讲山体分解为下垫面（土壤层）与表层（植被层）两个部分，分别定义属性参数从而计算。具体操作方法如下：

一、 模型建立

1.地形信息

项目CAD中的地形信息以等高线的形式给出，其处理方式有3种：

（1） 通过三角形网格较真实的反应地貌，输出格式为.STL，可由PHOENICS直接读取。

（2） 根据等高线以梯田的方式逐层拉伸，可输出格式有.dwg、.3ds，可由PHOENICS 直接读取。

（3） 使用sketch up中的地图获取功能，构建地形实体，输出格式.3ds，可由PHOENICS 直接读取。

第一种方法的三角形网格精度高,可以较好的捕捉山体实际地貌，适用于对山体形状要求高的项目模拟；第二种方法建立的山体表面为阶梯状，工作量大且与实际地貌不符；第三种方法构建的实体连续性较好，便于修改并支持分块导出，在实际建模中较常用到。

2.运用sketch up建立地形

使用sketch up中自带的Google earth功能得到带有地形信息的地形图片，然后使用沙盒拉伸并处理成实体块。需要注意的是，这里需要建立2个地形实体块，即下垫面（土壤层）与表层（植被层）。

（1） 收集地形的坐标信息：经纬度、就进城市或山脉名称。

（2） 添加地理位置：sketch up中文件——地理位置——添加位置

根据地形的坐标信息选取需要的地形，如本工程地块位于北纬28°29′，丽水市西北郊区，花街西面约300米左右，现绕城公路以北的地块上，毗邻白云山。

添加位置中定位并选取适当区域后，点击抓取，则该地形以带有地形信息的图片格式读入了sketch up中。点击文件——地理信息——显示地形或直接点击工具栏中的显示地形按钮即可显示实际地形。

获取地形与显示地形按钮

（3）分解地形：选中地形右键——解锁——分解——绘图——沙盒——根据等高线创建，这样绘制出地形平面，之后删除图片即得到用于建模的地形面。

（4）构建植被层：选中地形面ctrl+c——ctrl+v与任意处，将复制的面移动到原始面下方4米处（可先画出4米高线用于参考）。

移动

（5）构建地形实体：通过绘制矩形，将地形围合。之后右键各面点击与模型相交，得到围合区域各面，删除不必要的部分即得到地形实体（保证每个面均为正面）。

绘制矩形

调整

得到相交面

创建组件

（6）导出3ds 格式图形：选择需导出的组件——文件——三维模型（需要注意导出文件名不可为中文）。这里需要设置输出参数，点击选项——设置仅导出当前选择内容——单位设置为米。

不可为中文

二、地形与建筑吻合

建筑物地面较平整，直接放置到地形上，会有悬空。如果置入建筑物处的地形起伏不大，则以将建筑少部分埋入的方式添加建筑群；如果地形如例图中置入建筑区起伏很大（大于2米），则需要构建垂直于Z轴的平面，将建筑置入区很好的描绘出来。

建筑置

入 区

通过相交选项，分别修改植被层与土壤层。注意修改一个模块时，需要将另一模块隐藏。

三、模拟参数设置

下面以建筑直接置入地形中为例，详细介绍数值模拟过程：

建筑埋入地形模型中

植被层

检查建筑地面已全部埋入后，将建筑、植被层、土壤层分别导出，注意模型文件名字中不能有中文字符。之后通过PHOENICS 的import CAD group 命令将这三个模型导入。 土壤层

多个模型文

件导入

根据热环境模拟的相关操作完成模拟环境的建立，其中植被层与土壤层材料类型均选择grass ，植被层参数设置如草地，如下图：

土壤层设置恒定温度，这里设置为26摄氏度：

其他wind、sun、plate设置与热环境模拟中设置一致。

为了可以显示1.5米人行高度的数值模拟数据，我们这里将植被层复制（通过面板右边

的）。打开OBJ选中列表中新生成的体，双击出现参数面板，修改Type为USER‐DEFINE,修改PLACE中的Z方向坐标，高度增加1.5米。

该类型设置后不会影响整个计算区域

的计算

设置完成之后就可以进行计算了，计算结束进入后处理中。需要显示1.5米地形平面的各项参数，可以通过点击OBJ—选中USER DEFINE体—右击—选择surface contour。下图为人行高度温度、压力、速度云图。

人行高度温度分布图

人行高度压力分布图

人行高度速度分布图

图中的类似凹凸不平的地方就是实际地面影响风场温度场导致的。因为地形的凹凸不平以及逐渐增高的走势，会对流场造成影响，而我们建构的地形模型由于精度不够，不够细致，进行数值模拟网格捕捉的时候就难以很好的捕捉到连续性的网格变化。建议如果地形坡度变化不大时，可以在地形中挖出建筑置入区的平面，这样后期显示各项数据时得到的会是一个

连续性变化。