基于观众区风环境模拟的寒区足球场界面形态优化研究

论文摘要

国家有关建设体育强国、改革足球发展等文案的出台以及2023年亚洲杯的举办,标志着我国体育产业正在向着更大、更活、更优的方向发展,也标志着以足球产业为代表的竞技体育产业正在向更好、更快、更高、更强的目标靠近。尤其是在健康中国国家战略背景下,传统健康理念被刷新,全民健康和体育运动的关系被重新定义,竞技赛场的观赏舒适性逐渐受到重视。在我国寒冷地区,足球比赛及观赛环境受自然条件影响很大,尤其是在寒冷赛季,露天足球场的环境质量基本不能满足联赛需求,球队打“客场”赛的不利局面亟待扭转。从活动周期、使用频率、参与人数、经济效益等角度看,专业足球场地的使用较田径运动场地略胜一筹,降低环境压力对球场使用效率的限制举足轻重。而且,当长期处于低温环境中时,人们对风速变化的感受极为敏锐,过量的风甚至会威胁到观众的安全,因此亟需对我国寒冷地区的风环境进行精细化研究。本文将专业足球场观众区的风环境作为研究内容,为得到适用于本文的风环境评价体系,选取天津市为我国寒冷地区代表城市,于2018年10-11月在该市部分地区进行调研,通过数据的汇总和整理,对室外相关活动风速范围进行界定,得到我国寒冷地区低温条件下的风环境舒适度参考标准。为验证CFD实验平台的可靠性,本文选择哈尔滨会展中心体育场为实测地点,将模拟实验与实测结果进行对比,确定使用的模拟实验中心处理器为Fluent 17.0,前处理器为ICEM CFD 17.0,后处理器为Tecplot 360 EX 2014 R1。为得到适用的足球场模型,对国内外专业足球场的空间容量进行对比分析,并确定本文模拟容量为30 000座左右。最后,本文将影响观众区风环境的落脚点选定为专业足球场界面形态的通透率,对专业足球场坐席内界面的孔隙率分别为2%、4%、6%;侧围护界面的空隙率分别为100%、50%、20%以及顶部罩棚与坐席之间的通透性分别为85%、50%、0的变量进行了27组模拟实验,并使用udf程序,在处理器中导入了城市梯度风和湍流模型文件,使模拟状态更接近于实际情况。通过对照多组实验的风速比图、风速等值线图和矢量图,以平均风速、最大风速、满场风速差值及人体容忍系数为评价依据,从观众观赛舒适度角度对实验结果进行分析比较,分别总结了单一变量形态和组合变量形态对观众区风环境的影响作用,为我国寒冷地区专业足球场界面形态的优化提供了新的设计策略。

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摘要

ABSTRACT

第1章绪论

1.1 课题研究的来源、背景、目的和意义

1.1.1 课题研究的来源

1.1.2 课题研究的背景

1.1.3 课题研究的目的

1.1.4 课题研究的意义

1.2 国内外相关研究现状及分析

1.2.1 国外相关研究现状

1.2.2 国内相关研究现状

1.2.3 国内外文献综述的简析

1.3 相关概念界定和主要研究内容

1.3.1 相关概念界定

1.3.2 主要研究内容

1.4 研究方法及框架

1.4.1 研究方法

1.4.2 研究基本框架

第2章寒冷地区冬季室外受风感受评估准则

2.1 室外风环境评估影响因素

2.1.1 风安全评估影响

2.1.2 风舒适评估影响

2.1.3 风速比评估影响

2.1.4 人体容忍系数影响

2.2 研究对象地点调研及数据整理

2.2.1 研究地点概况

2.2.2 实地调研

2.2.3 问卷结果统计及分析

2.2.4 评价指标及分析

2.3 观众区风环境评估方法

2.3.1 评估流程

2.3.2 风环境舒适度评估原则

2.4 本章小结

第3章 CFD数值模拟方法及实验平台的验证

3.1 数值模拟平台的建立

3.1.1 软件模拟的目的

3.1.2 模拟软件的选择

3.2 CFD模拟参数设置

3.2.1 数值计算模型的建立

3.2.2 网格划分及网格精度的确立

3.2.3 Fluent数值计算方法的选择

3.3 数值模拟平台可信性验证

3.3.1 确定验证试验工程目标

3.3.2 确定调研时间和工具

3.3.3 选定风速测点

3.3.4 验证CFD数值模拟试验

3.4 设计条件的应用

3.4.1 设计实验条件

3.4.2 确定来流风环境

3.5 本章小结

第4章足球场界面形态模拟试验及优化策略

4.1 确定主要影响因素

4.1.1 影响因素的分析与界定

4.1.2 内界面（Internal boundary）孔隙率的影响

4.1.3 侧界面（Side boundary）空隙率的影响

4.1.4 顶界面（Top boundary）连接处通透性的影响

4.2 不同界面通透性耦合形态模拟试验结果及分析

4.2.1 侧界面空隙率为100%的模拟结果及分析

4.2.2 侧界面空隙率为50%的模拟结果及分析

4.2.3 侧界面空隙率为20%的模拟结果及分析

4.3 改善观众区风环境的界面形态设计及策略

4.3.1 关于内界面形态的设计建议及策略

4.3.2 关于侧界面形态的设计建议及策略

4.3.3 关于顶界面形态的设计建议及策略

4.4 本章小结

结论

附录

附录1 天津地区室外冬季风寒环境舒适度调查问卷

附录2 3-4万座专业足球场研究样本统计表

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 杜旭

导师: 史立刚

关键词: 专业足球场,观众区,界面通透率,风舒适,数值模拟

来源: 哈尔滨工业大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

专业: 气象学,建筑科学与工程,建筑科学与工程

单位: 哈尔滨工业大学

基金: 国家自然科学基金面上项目(编号51878200)——“寒地体育建筑风环境与空间形态耦合机理及优化设计研究”

分类号: TU245.1;TU119

DOI: 10.27061/d.cnki.ghgdu.2019.005496

总页数: 104

文件大小: 3635k

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