发布时间：2025-06-16
成果简介
天津大学环境科学与工程学院室内空气环境质量控制天津市重点实验室刘素梅副教授团队在Sustainable Cities and Society上发表综述论文《Recent progress in optimization of RANS turbulence models for accurate urban airflow and contaminant dispersion simulations》，系统回顾了用于城市气流与污染物扩散模拟的雷诺时均Navier-Stokes（RANS）模型的优化进展。论文指出，尽管RANS模型因计算效率高而广泛应用于城市环境模拟中，但在模型结构、参数设定及扩散子模型方面仍存在不确定性，影响模拟精度。研究总结了近年来提升RANS模型准确性的三类主要方法：湍流模型系数校准、模型结构修正及扩散子模型优化。其中，模型系数校准是目前应用最广的方法，能提升特定工况下的模拟精度，但在不同城市布局和流动类型下仍存在推广性差的问题。
图1. 使用不同系数计算的平均速度和湍动能(Wang et al., 2024)
同时，研究还介绍了基于机器学习的代理建模方法，如基因表达编程、符号回归等，在提高模型灵活性和鲁棒性方面显示出良好潜力。尽管部分方法已显著降低局部误差，如湍流动能和再附着长度等预测误差从40%降至20%以内，但模型在复杂城市环境下的泛化能力仍有待提高。在污染物扩散模拟方面，研究对比了不同湍流施密特数对预测结果的影响，并指出现有子模型大多未充分考虑城市复杂流动的特性，需结合本地流动条件动态调整扩散系数。论文全面梳理了RANS模型在城市气流和污染物扩散模拟中的优化路径与挑战，强调了未来需在提升模型准确性与通用性之间寻求平衡，以更好支持城市环境质量评估和可持续规划。
图2. Sct=0.7及0.3时1.75 m高水平面上室外PM10浓度分布及浓度梯度分布 (Blocken et al. 2016)
作者简介
主要作者：天津大学环境科学与工程学院空气环境质量控制天津市重点实验室硕士研究生徐龙辉、博士研究生赵润民。
通讯作者：刘素梅，天津大学环境科学与工程学院特聘研究员，英才副教授，博士生导师，主要研究方向为多尺度靶向智能通风及污染物控制、建成环境计算流体力学（CFD）、数据中心综合能源管理、汽车座舱热舒适与能效优化。先后主持十四五国家重点研发计划子课题、国家自然科学基金青年项目等13项科研项目，作为项目骨干参与国家国防科技工业局、美国波音、中国商飞、美国奥的斯、加拿大Price Industry等合作研究项目。发表期刊论文40余篇(包含3篇ESI前1%高被引论文)，Google Scholar引用次数1441，单篇最高引用次数161，H index 19。兼任天津大学求实青年科技理事会青年委员，建筑环境领域国际顶级期刊Building and Environment客座编辑、国际期刊Architecture Intelligence青年编委、暖通空调产业技术创新联盟(CAHVAC)青年学术委员等。获天津大学北洋学者英才计划，2024年度天津市青年科技工作者协会优秀青年科技工作者，2024年度青海省“昆仑英才·高端创新创业人才”柔性引进领军人才，第五届“智慧三江源 助力新青海”人才项目引进人才等荣誉称号。
通讯邮箱：smliu@tju.edu.cn
（来源：刘素梅 编辑：田淑洁）
