防风林布局对寒地乡村社区风环境的影响模拟研究

作     者：荣婧宏 

作者单位：哈尔滨工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：刘晓光

授予年度：2019年

学科分类：08[工学] 081304[工学-建筑技术科学] 0813[工学-建筑学] 0833[工学-城乡规划学] 083302[工学-城乡规划与设计] 

主      题：寒地 乡村社区 室外风环境 防风林 CFD 

摘      要：近年来,国家大力推进乡村振兴工作,对乡村的建设提出了更高的要求。针对寒地而言,风环境的舒适度与居民生活息息相关,也是评价寒地乡村社区宜居程度的重要指标。随着城镇化的大力推进和生活水平的提高,人们对于舒适度的要求越来越高,改善室外风环境越来越受到关注。本文以哈尔滨市的典型乡村社区为研究模拟对象,以风速、风压、平均风速比作为室外风环境舒适度评价标准,通过实地测量及数值模拟,研究不同防风林布局方式对于寒地乡村社区风环境的影响,挖掘防风林与风环境之间的关联机制,探寻优化寒地乡村社区风环境的防风林建设策略。首先,论文针对风环境的国内外研究现状进行了总结和归纳,明确了相关概念及防风林对风环境的影响机理,确立了室外风环境的评价标准,为论文的进一步展开奠定基础。其次,通过文献梳理,总结寒地典型乡村社区在气候条件、社区布局形式和植物配置特征方面的特殊性。通过走访调研和卫星图像识别,筛选出了两个哈尔滨典型乡村社区,分别是带型社区（夹沟村）及团型社区（小杨家屯）进行研究,通过CFD模拟探寻不同形态学特征下的社区风环境特征及异同,并对比现场实测风环境数据,对数值模拟的参数有效性进行了验证。最后,借助FLUENT软件模拟并分析了不同防风林布局下的典型寒地乡村社区的风环境特征。选取寒地常用防风植物作为参照,建设不同长度、宽度、孔隙率的林带,进行防风效果比对。并结合典型社区建设1:1模型,研究不同位置（外部型、内部型）、与风向夹角（90°、105°、120°）防风林条件下的社区风场内风环境特征,提取风环境数据进行对比,研究不同防风林布局下的防风效果及对社区风环境的影响,讨论相应的防风林带建设策略,为防风林在寒地乡村社社区风环境优化工程实践中的应用提供设计依据和分析方法。研究表明:（1）在固定高度（H）的防风林带林带背风面2.5～20H范围内通常会形成一个主要风速降低区,较以往研究中提及的5～60H为最佳防风区域面积有所减少、距林带距离缩近。（2）背风面距林带4～13H区域内风速降低程度最大,风速降低幅度通常可达为21.7%～60.8%。（3）林带布局与风向角为90°-105°之间变化时,防风效果逐渐减弱,减弱效果约5%。当林带与风向角大于105°角趋与风向平行建设时,防风效应减弱变化减缓,防风效果差异较小。本文基于CFD技术,通过模拟研究防风林对寒地乡村社区风环境的影响,揭示其关联机制,为预测和评价严寒地区乡村防风林防风效果提供了参考,验证了模拟指导设计的理念在寒地乡村规划领域的可行性,丰富了严寒地区乡村规划的方法及途径,对于提升严寒地区乡村社区风环境舒适性、改善社区宜居性具有积极的实践意义,为日后严寒地区乡村规划建设的研究提供参考。