复旦光华楼的妖风

妖风是复旦光华楼的一大特色。像光华楼这样的高层建筑会显著地改变局部的风环境,虽然具体影响得要靠CFD仿真或风洞试验才能确定,不过这里倒是可以定性地简单探讨下光华楼周围妖风带的成因。

从校园的整体格局来看,光华楼显得格外壮观而突兀,除此之外周围都是低矮的建筑,因此我们可以暂且先忽略其他建筑对光华楼周边风环境的影响。

(图是我随手乱涂的,粗糙了点,就凑和着看吧…)

当风吹向高层建筑时(图一),气流受阻,出现风速为零的滞点,动压转为静压,并在建筑的迎风面形成正压区。同时部分气流绕过建筑表面,在背风面形成负压区。因为来流的风速随高度增高而垂直递增(边界层效应),因而滞点的静压也随之增大,会形成一个向下的静压梯度,从而地面上的人会感受到一股从上而下向下冲的高速妖风。这股妖风在和地面接触后会因逆压梯度而产生逆流,在建筑的迎风侧形成一个涡流区。 因为光华楼东西两侧主楼和辅楼之间有两条过道,这向下的妖风还会受迎风面正压区和背风面负压区的气压差的影响,从正压区高速喷向负压区,而在这两条过道中形成两股异常凶猛的「过堂风」(图一)。

另外,由于狭管效应(图二),气流流经的截面突然变窄变小时,会出现压力减小而风速迅速加快的现象(伯努利方程)。无论是光华楼双塔之间的狭缝,还是主辅楼之间的过道,都会受这狭管效应的影响而导致风速的进一步增大。

不仅如此,当部分气流受建筑阻挡从建筑的两侧绕过时(图三),气流在边角处分离,产生旋涡,会在两侧形成很强的负压区,使两侧风速随之加大,特别是拐角处气流会急剧加速。同时建筑两侧的风速随建筑物高度的增加而增大,对光华楼这样高的建筑来说,这妖风就要更显著些。

有时对高层建筑来说还可能会形成一些很妖的涡旋,像近地面或许会出现马蹄涡(图四),侧边墙面也有可能会有锥形涡(图五)。这些不知道在光华楼会不会有,我也就顺带介绍一下了。

上面的分析将周围建筑带来的影响给忽略了,最后就稍微再谈谈这方面好了。光华楼周边都是各种低矮的校园建筑,一些研究表明,当高层建筑的迎风区前面有低层建筑时,近地面形成的涡流会比在开阔地面的情况下更为剧烈,而拐角处的风速也会显著加速(图六)。因而光华楼四周的低矮建筑群很可能加剧了妖风效应。所谓的光华妖风带应该就是上面一些效应的共同结果。