隨著能源危機的加劇和人們環(huán)保意識的增強,風能作為一種清潔、無污染的可再生能源,已受到世界各國的高度關注。在建筑環(huán)境中利用風能發(fā)電具有免于輸送的優(yōu)點,能夠很好的解決偏遠地區(qū)的供電問題,對于無電居民的意義重要。本文以建筑物周圍風能利用為出發(fā)點,采用理論分析與CFD數(shù)值模擬相結合的方法,分析建筑物周圍三維風場的基本狀況,重點探討建筑物屋頂上方的風速與湍流強度隨高度的變化情況,為在建筑物屋頂安裝風力機提供理論支持。首先,本文采用CFD數(shù)值模擬的方法主要對單個平頂建筑物、單個尖頂建筑物和兩個相鄰平頂建筑物周圍的風場進行分析,利用風速和湍流強度兩個因素探討了不同類型建筑物屋頂上方適合安裝風力機的高度。結果表明:不同屋頂類型的建筑物對風能都有一定的集結效果,屋頂上方的風速能夠提高20%,可以使風力機獲得較高的風能;流經建筑物的風流由于發(fā)生紊亂而使湍流強度也隨之增大,建筑物屋頂中部的湍流強度最大;對比平頂建筑物和尖頂建筑物的風場,可以得出不同的屋頂形式對風場的影響很大,其在屋頂安裝風力機的高度也不盡相同;對于兩座相鄰的建筑物,由于前方建筑物的阻擋,后方建筑物屋頂?shù)娘L速有所降低,適合安裝風力機的高度隨之... 

【文章來源】：濟南大學山東省

【文章頁數(shù)】：92 頁

【學位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第一章 緒論
    1.1 概述
    1.2 建筑周圍風環(huán)境的特點
        1.2.1 風的形成
        1.2.2 風繞建筑物流動的特點
    1.3 適宜風力發(fā)電機的研究
    1.4 建筑物周圍風環(huán)境的研究現(xiàn)狀
    1.5 小型垂直軸風力發(fā)電機的研究現(xiàn)狀
    1.6 本文研究的主要內容
第二章 CFD數(shù)值模擬技術簡介
    2.1 湍流的物理模型
    2.2 不可壓縮流體的控制方程
    2.3 湍流的數(shù)值模擬方法
    2.4 網(wǎng)格技術
        2.4.1 網(wǎng)格的分類
        2.4.2 網(wǎng)格質量
    2.5 數(shù)值計算方法
    2.6 本章小結
第三章 建筑物周圍風場的數(shù)值模擬
    3.1 平屋頂建筑物風場分析
        3.1.1 建立幾何模型
        3.1.2 劃分網(wǎng)格
        3.1.3 設定邊界條件
        3.1.4 計算方法
        3.1.5 風速 3m/s，風向為 0°時建筑物周圍風場分析
        3.1.6 不同風向下建筑物屋頂風能利用效果
        3.1.7 不同風速時風力機的安裝高度
    3.2 尖屋頂建筑物的風場分析
    3.3 相鄰兩個建筑物屋頂風能效果及風力機安裝的參考位置
        3.3.1 相鄰兩個建筑物的幾何模型
        3.3.2 建筑物屋頂?shù)娘L場分布
    3.4 不同高度的平頂建筑物的風場分析
    3.5 本章小結
第四章 有風力機的平頂建筑物風場分析
    4.1 模型的建立與仿真
        4.1.1 建立幾何模型及網(wǎng)格劃分
        4.1.2 邊界條件的設置
        4.1.3 求解計算
    4.2 建筑物屋頂風力機的仿真分析
        4.2.1 建筑物屋頂前沿處風力機安裝位置
            4.2.1.1 屋頂前沿中部安裝風力機的風場分析
            4.2.1.2 屋頂前沿安裝多臺風力機
        4.2.2 中線安裝風力機位置的模擬分析
            4.2.2.1 中線三臺風力機安裝高度為 8m時的風場分析
            4.2.2.2 中線兩臺風力機安裝高度為 3m時的風場分析
    4.3 本章小結
第五章 風力機翼型的選擇及其流場數(shù)值模擬
    5.1 翼型的幾何參數(shù)
    5.2 翼型在運動中的受力
    5.3 翼型的失速
    5.4 翼型的空氣動力學數(shù)值模擬
        5.4.1 攻角的計算
        5.4.2 計算模型的建立
            5.4.2.1 計算域的確定
            5.4.2.2 網(wǎng)格的劃分
            5.4.2.3 邊界條件的設定
    5.5 翼型的模擬結果
    5.6 本章小結
第六章 垂直軸風力機的設計
    6.1 螺旋型垂直軸風力機的設計
    6.2 葉輪的設計
        6.2.1 葉輪設計的參數(shù)
        6.2.2 額定風速
        6.2.3 葉輪尺寸的確定
        6.2.4 風輪葉片螺旋角度
        6.2.5 葉片翼型的選擇
    6.3 風力機塔架的設計
    6.4 發(fā)電機的選擇
    6.5 風力機的試驗分析
        6.5.1 試驗方案
        6.5.2 試驗裝置
            6.5.2.1 鼓風機
            6.5.2.2 控制器
            6.5.2.3 示波器
    6.6 試驗結果
        6.6.1 風速與轉速的試驗結果
        6.6.2 轉速與風力機功率的試驗結果
        6.6.3 風力機改進試驗
    6.7 本章小結
第七章 結論與展望
    7.1 主要工作與結論
    7.2 不足與展望
參考文獻
致謝
附錄


【參考文獻】：
期刊論文
[1]風力發(fā)電機組額定風速的選擇研究[J]. 潘慧慧,李永光.  上海電力學院學報. 2013(02)
[2]山東師大新校區(qū)綜合教學樓風環(huán)境模擬研究[J]. 石小倩,劉厚鳳.  綠色科技. 2013(02)
[3]長方體建筑屋頂風能利用效能研究[J]. 袁行飛,張玉.  土木建筑與環(huán)境工程. 2012(03)
[4]安裝角變化下垂直軸風力機氣動性能的研究[J]. 姚激,黃劍峰,袁偉斌,彭明軍,孫勇.  水電能源科學. 2012(02)
[5]達里厄型垂直軸風力機風輪設計及性能數(shù)值計算[J]. 韓非非,席德科.  太陽能學報. 2011(10)
[6]變攻角垂直軸風力機三維定常流場數(shù)值模擬[J]. 姚激,黃劍峰,彭明軍,孫勇,袁偉斌.  機械與電子. 2011(07)
[7]離心式通風機的數(shù)值模擬[J]. 張濤,孟憲舉,李健.  河北理工大學學報(自然科學版). 2011(01)
[8]一新型立軸風力機直葉片翼型氣動特性數(shù)值模擬[J]. 陳丁剛,屈本寧,趙燕萍.  科學技術與工程. 2011(02)
[9]一種復合型垂直軸風力機實驗研究[J]. 張國臣,徐志暉,張巖,王建明,申振華.  沈陽航空工業(yè)學院學報. 2010(05)
[10]建筑物風環(huán)境CFD模擬方法綜述[J]. 于鳳全.  茂名學院學報. 2010(01)

博士論文
[1]實際下?lián)舯┝鹘仫L場混合數(shù)值模擬研究[D]. 李艷.武漢理工大學 2012
[2]流固耦合作用的弱耦合算法及風與薄膜結構的耦合分析[D]. 王彬.北京交通大學 2008
[3]基于遙感和CFD技術的城市熱環(huán)境分析與模擬[D]. 王翠云.蘭州大學 2008

碩士論文
[1]屋頂水平軸風力機塔架的靜動力性能分析[D]. 余俊偉.浙江大學 2013
[2]大跨度空間結構風荷載數(shù)值模擬研究[D]. 王瑩.天津大學 2012
[3]潛水泵導流器水力特性及其對泵性能影響的研究[D]. 何睿.蘭州理工大學 2012
[4]建筑環(huán)境中風能利用的模擬研究[D]. 徐揚.山東建筑大學 2012
[5]小型垂直軸風力機葉輪動力性能研究[D]. 徐艷飛.三峽大學 2012
[6]H型垂直軸風力機風輪氣動設計及氣動性能研究[D]. 姬永魁.蘭州理工大學 2012
[7]水平軸風力機葉片氣動外形設計及其數(shù)值模擬分析[D]. 司小冬.蘭州理工大學 2012
[8]基于Fluet的ITER外真空杜瓦的傳熱分析研究[D]. 陳培譞.合肥工業(yè)大學 2012
[9]大跨懸索橋顫振穩(wěn)定性的數(shù)值計算[D]. 夏勇.長安大學 2011
[10]風能利用建筑的風能利用效能研究與結構分析[D]. 張玉.浙江大學 2011



本文編號：3153733