如何打造科技化“风之城” 学术资讯

在过去几十年中，全球人口迅速增长，城市化进程加快。随之而来的是拔地而起的高楼大厦、先进的无人机、更节能的通风系统，甚至是空中出租车。但这些尖端技术必须应对自然现象——风的挑战。

在第73届美国物理学会流体动力学分会年会中，科学家们展示了一些关于城市气流模拟及预测的最新发现。

未来城市的天空很可能会被自动飞行系统占据。美国俄克拉荷马州立大学的研究团队开发了一种技术，可以模拟系统在飞行时可能面对的环境风险，从而提高其行驶安全性。

“城市环境给空中移动平台带来了巨大挑战，”研究组组长Jamey Jacob说，“除了交通拥堵之外，建模、城市局部风场的检测和动态适应以及不确定天气条件下的精确导航，都存在技术鸿沟。”

研究人员在飞行器上安装了传感器，以便对建筑物尾流进行更全面的测量。他们将这些测量数据与数值预测结合起来，希望借此更好地了解城市环境中的复杂风型。

这项工作有助于改善风力预警及天气预报。除无人驾驶飞行系统外，其成果也适用于常规飞机。

萨里大学的科学家也对建筑尾流展开了研究。着眼于提高城市空气质量，他们研究了单座高层建筑和高层建筑群之间的尾流差异。

“了解如何模拟高层建筑的尾流，是城市规划者向减少热岛效应、改善城市空气质量迈出的第一步。”机械工程研究员Joshua Anthony Minien说。他发现，在下游较远处测量时，建筑物群和单座建筑物的尾流特征相似。风向的改变似乎也会显著影响建筑群尾流。

参会人员还阐述了建筑物通风问题相关的研究成果。

剑桥大学研究人员Nicholas Wise发现了当前被动自然通风系统模型中存在的问题。传统系统模型通常使用置换流，即夜间较冷的空气通过一个开口进入建筑，白天积聚的较热空气会通过另一开口流出。

Wise等使用的数学模型显示，在清除热空气的过程中，置换流难以持续。相反，房间会经历“不平衡的交换流”，这会减缓清除过程。Wise说：“置换流会向不平衡交换流转化。”

此外，增加一个相对狭窄的低开口就能大幅加速房间的冷却，这让研究人员感到非常惊讶。他们的研究成果将帮助自然通风系统的设计者优化其作品。

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编译：德克斯特

审稿：西莫

责编：陈之涵

来源：第73届美国物理学会流体动力学分会年会

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