CFD（Computational Fluid Dynamics）软件是计算流体力学软件的简称，是用来进行流场分析、计算以及预测的工具。20世纪60年代至今，CFD已经被广泛应用到建筑、环境、化工等相关的领域中。CFD的应用前景好，这是由于它具有速度快、成本低的优点，并且可以用来模拟各种不同工况。利用CFD能对建筑外部的空气流动情况进行模拟和预测，有助于建筑师在进行建筑设计时全面考虑建筑物周围的微气候，减少建筑物对于环境的不利影响[28]。常用的CFD软件主要有STAR-CD、Fluent、Phoenics等。这些软件都具有完整的CFD处理流程，内置的物理模型能够分析各种流体力学的问题。相比较而言，由美国FLUENT公司开发的Fluent系列软件及其通风系统设计专用软件包Airpak在易用性和可视化技术方面的优势，使它们尤其适合应用于可持续设计[29]。CFD数值仿真模拟的理论基础包括湍流模型、能量守恒方程、质量守恒方程、动量守恒方程以及有限容积法的控制方程[30]。Fluent软件能够针对不同物理问题的特点，采用适合于它的数值解法，并且能够在计算速度、精度以及稳定性方面达到最佳。其思想实际上就是做很多模块，这样只要判断是哪一种流场和边界，就可以拿已有的模型来计算[31]。由于研究区域属于中尺度的城市范围，内部建筑较多，为了简化计算，我们采用Fluent中的多孔介质模型。
多孔介质模型包括多孔介质模型中的动量方程、多孔介质模型中的能量方程及多孔介质模型中的湍流模型。
1.多孔介质模型中的动量方程
多孔介质模型中的动量方程实际是在标准的动量方程后加上一个源项。而这个源项中又包括了两个部分，即黏性损失项（即达西公式）和惯性损失项[32]。方程为
式中：Si是x、y、z三个方向上动量方程的源项；|vj|表示速度；D和C是矩阵，表示源项对多孔区域有压力梯度，生成一个速度相关的压降。
当该多孔介质为各向同性时，整个源项可表示为
式中：α是渗透性系数；|v|是速度大小；C2是惯性阻力系数。当温度和压力一定时，牛顿流体黏度μ是常数。
根据达西定律，若多孔介质中是层流时，压降与速度成正比，则C2为0。可以将多孔介质模型简化为
则三个方向的压降为
式中：vj是x、y、z方向上的速度；Δnx、Δny、Δnz是三个方向上的多孔介质厚度。
如果流体的流速过高，C2可视为流动方向上每单位长度的损失系数，可以简化方程为
则三个方向的分量为(www.xing528.com)
式中：vj是x、y、z方向上的速度；Δnx、Δny、Δnz是三个方向上的多孔介质厚度。
2.多孔介质模型中的能量方程
多孔介质模型里的能量方程通常采用标准的能量方程，只是对传导项和脉动项做了修改，即多孔介质的传导热用有效热传导系数代替，脉动项里包括了介质中固体区域里的惯性损失。
式中：φ为孔隙率；ρf为流体介质密度；ρs为固体介质密度；hf为流体焓；hs为固体的焓；v为速度矢量；p为压力；keff为介质的有效导热系数；keffΔT为导热项；
为脉动项；τeffv为黏性耗散项；
为流体用焓表示的源项。
多孔介质模型中的有效导热系数keff可由多孔区域中流体的导热性和固体的导热性平均而得，即
keff=φkf+(1-φ)ks (3-15)
式中：φ为介质的孔隙率；kf为流体的导热性；ks为固体的导热性。
3.多孔介质模型中的湍流模型
多孔介质模型中使用传统的标准湍流模型，即在多孔区域中忽略了固体介质对湍流性质如生成率或扩散率的影响。
以本书使用的RNG k-ε模型为例，其湍流动能和耗散率方程为
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