发布时间：2026-05-06
大气边界层（ABL）风洞是研究城市风环境、建筑风载荷及污染物扩散的核心实验平台，然而，传统ABL构建技术长期面临两难困境：被动式方法依赖冗长的试验段且调试周期长；主动式方法虽能压缩空间，却伴随着高昂的建设与维护成本。针对这一瓶颈，近日，天津大学环境学院刘炜教授团队在城市风环境领域高水平期刊《Sustainable Cities and Society》 （JCR Q1，IF=12）发表题为《A multi-stage optimization framework for creating atmospheric boundary layer in wind tunnels with a short test section》的研究成果，报道了一种面向短试验段风洞的低成本、高效率、高精度ABL构建新方案。
图1 短试验段风洞大气边界层构建的多阶段优化框架
该研究提出了一种多阶段优化框架，将风洞中尖劈与粗糙元的尺寸设计由传统依赖经验的人工调试，转变为以目标导向驱动的算法优化。研究结果表明，在长度仅为3倍水力直径的试验段内，成功构建了代表密集建筑群的城市C类地貌大气边界层（幂律指数0.22），整体计算流程耗时约五天。经风洞实验验证，其风速与湍流强度的平均绝对误差较传统方法分别降低了68.5%和54.5%。该研究在空间适应性、时间效率和优化精度方面均展现出显著优势，为短试验段风洞中的ABL构建提供了一种系统化且鲁棒性强的方法。
图2 三个设计阶段在三个测孔处的实验风剖面与目标风剖面对比
作者介绍
通讯作者：刘炜，天津大学环境科学与工程学院英才教授，国家自然科学基金优秀青年科学基金海外项目获得者。担任建筑环境领域国际顶级期刊《Energy and Buildings》客座编辑，美国采暖、制冷与空调工程师学会（ASHRAE）会员，国际室内空气品质学会（ISIAQ）会员，欧洲供热、制冷与空调协会（REHVA）核心会员。曾任浙江大学助理教授（2017.10-2019.1）、瑞典皇家理工学院（KTH）助理教授及终身副教授（2019.2-2023.12），2024年1月起任职于天津大学环境科学与工程学院，成立建造环境与流体技术实验室。主要研究方向为建造环境的快速预测、优化逆向设计以及实时控制。先后主持C3.ai数字化转型研究所项目、瑞典科研与教育国际合作基金项目、瑞典Digital Futures Research Pair项目，并完成国家自然科学基金青年项目1项，参与瑞典能源部项目1项。目前正承担“十四五”国家重点研发计划“国家质量基础设施体系”重点专项课题一“居住建筑及社区内病原微生物气溶胶传播机理及指标体系研究”，承担京津冀国家科技重大专项“京津冀城市大气挥发性面源数智化监管与高效治理技术”课题2子课题2“油烟污染智能感知及扩散快速溯源模型”。曾获Building Simulation期刊最佳研究论文奖（2024年）以及全球大学生数模竞赛最高奖项特等奖及冠名INFORMS奖等荣誉。发表国际SCI期刊论文91篇（其中第一/通讯作者论文45篇），总他引4044次，单篇最高他引431次，H因子32。
本研究得到中华人民共和国科学技术部国家重点研发计划“国家质量基础设施体系（NQI）”专项的资助（批准号：2023YFF0613101）。
论文信息： S. Xu, G. Calzolari, J. Wang, J. Ren, B. Lu, Q. Li, F. Liu, T. Zhang, J. Liu, & W. Liu. A multi-stage optimization framework for creating atmospheric boundary layer in wind tunnels with a short test section. Sustainable Cities and Society (2026), doi: https://doi.org/10.1016/j.scs.2026.107385.
课题组网站：https://www.kthbedc.com/
