Теплообмен в условиях городского ландшафта

Автор: Анна Валерьевна Евграфова

Соавторы: Сухановский Андрей Николаевич

Организация: Институт механики сплошных сред ПФИЦ УрО РАН

Стремительный процесс урбанизации приводит к бурному изменению морфологии городской застройки и оказывает негативное влияние на микроклимат в пределах городского ландшафта. Проблема прогнозирования микроклимата на масштабах города  на сегодняшний день не решена. Городской микроклимат в первую очередь связан с естественной циркуляцией воздуха, интенсивность которой зависит от геометрии городского пространства и особенностей рельефа местности. Прямое численное моделирование городской среды, даже при помощи современных суперкомпьютеров, не представляется возможным. Создание двумерных моделей бессмысленно, течения в такой системе принципиально трехмерные. Существующие трехмерные модели с более подробной детализацией сильно ограничены по масштабам и требуют больших вычислительных ресурсов [1-2]. При этом результаты трехмерного моделирования согласуются с данными натурных наблюдений только при сравнении средних характеристик. В свою очередь натурные эксперименты дают очень ограниченный набор данных и чаще всего используются только для верификации моделей. Разумной альтернативой используемым подходам может служить лабораторный эксперимент.  Однако экспериментальных работ по городской климатологии очень мало [3-4].

Целью данного исследования является лабораторное моделирование процессов теплообмена за счет нагрева поверхности города солнечным излучением.  В качестве объекта исследования был использован трехмерный макет части города Пермь, который учитывает сложный рельеф местности, высоту и расположение зданий на территории площадью 5 квадратных километра (макет создан в масштабе 1:4000). Рассмотрено влияние рельефа на величину и пространственное распределение конвективного теплопотока при наличии и отсутствие внешней циркуляции.

Работа выполнена при поддержке Правительства Пермского края (проект № С-26/788)

1.     Cybyk B. et al. Simulation of fluid dynamics around complex urban geometries // 39th Aerospace Sciences Meeting and Exhibit. 2001. 803

2.     Boris, J. The threat of chemical and biological terrorism: preparing a response // Computing in Science & Engineering. 2002. 4(2). 22-32.

3.     Kastner-Klein P., Rotach M. W. Mean flow and turbulence characteristics in an urban roughness sublayer //Boundary-Layer Meteorology. 2004. 111(1). 55-84.

4.     Klein P., Leitl B., Schatzmann M. Driving physical mechanisms of flow and dispersion in urban canopies //International Journal of Climatology: A Journal of the Royal Meteorological Society. 2007. 27(14). 1887-1907.