【摘要】：基于城市環(huán)境中的風(fēng)能利用的廣闊前景,建筑風(fēng)能一體化備受青睞。城市風(fēng)環(huán)境由于大量建筑物的存在變得復(fù)雜,建筑物周圍的風(fēng)場(chǎng)分布獨(dú)特,具有湍流程度加劇、風(fēng)速降低和局部加速等特點(diǎn)。因此,為合理利用建筑環(huán)境中的風(fēng)能,保障屋頂風(fēng)力機(jī)的輸出特性和安全可靠性,探究不同入流條件下建筑屋頂湍流特性及屋頂風(fēng)力機(jī)功率特性的變化規(guī)律,以確定風(fēng)力機(jī)最佳安裝位置和高度及多臺(tái)風(fēng)力機(jī)的布置,對(duì)城市建筑風(fēng)能利用和屋頂風(fēng)力機(jī)的安裝推廣有重要意義,亦具有一定的理論和工程實(shí)踐的價(jià)值。依據(jù)三種典型地形擬合對(duì)應(yīng)的入流風(fēng)剖面作為入流條件,從湍流強(qiáng)度和風(fēng)加速因子等角度定性定量的分析不同入流條件下屋頂湍流特性及分布規(guī)律。研究發(fā)現(xiàn):城市郊區(qū)對(duì)應(yīng)的指數(shù)風(fēng)剖面入流,分離區(qū)范圍較大,其風(fēng)加速效果最小,風(fēng)力機(jī)應(yīng)安裝于高度大于0.3倍建筑高度的前沿點(diǎn)或近前沿點(diǎn)。建筑物密集但無(wú)高大建筑的城市市區(qū)對(duì)應(yīng)的對(duì)數(shù)風(fēng)剖面入流,同等高度下,產(chǎn)生的速度阻滯程度最小,風(fēng)加速效果最為明顯,但屋頂中后部存在高湍流區(qū)域,屋頂風(fēng)力機(jī)應(yīng)安裝于高度大于0.2~0.34倍的建筑高度的前沿點(diǎn)或近前沿點(diǎn)。對(duì)于有高大建筑的城市市區(qū)對(duì)應(yīng)的半對(duì)數(shù)風(fēng)剖面入流,分離區(qū)范圍最小,速度恢復(fù)較快,建筑風(fēng)加速效果相對(duì)較大,且屋頂上方區(qū)域湍流程度較小,風(fēng)力機(jī)應(yīng)安裝于高度大于0.15倍建筑高度的前沿點(diǎn)或近前沿點(diǎn)�；谏鲜鑫蓓斄鲌�(chǎng)的特殊性,引入“越頂氣流高度”的概念,突出越頂氣流內(nèi)高湍流、低風(fēng)速的特點(diǎn),著重分析風(fēng)速及建筑物尺寸對(duì)“越頂氣流高度”的影響,為屋頂風(fēng)力機(jī)的安裝提供理論依據(jù)。結(jié)果表明:越頂氣流高度隨風(fēng)速的增加逐漸減少,隨建筑物高度的增加逐漸減少,隨建筑物寬度的增加逐漸增加。因此,屋頂風(fēng)力機(jī)的安裝高度在考慮入流條件的基礎(chǔ)上,還應(yīng)考慮安裝屋頂風(fēng)力機(jī)的建筑的尺寸及其所在地區(qū)的年平均風(fēng)速,以便獲得較高的輸出功率。綜合前文對(duì)屋頂風(fēng)力機(jī)安裝高度的預(yù)測(cè),選定特定位置安裝風(fēng)力機(jī),著重分析屋頂風(fēng)力機(jī)的流場(chǎng)特性及風(fēng)輪功率變化與入流的關(guān)系。結(jié)果表明:三種入流情況下,風(fēng)輪尾流中都出現(xiàn)了明顯的軸向速度虧損區(qū)域,并且風(fēng)輪尾流均有不同程度的偏斜,不同入流條件下的偏斜程度與產(chǎn)生分離區(qū)的范圍和大小成正相關(guān)。三種入流條件下風(fēng)輪功率均隨尖速比的增大先增大后減小,在額定工況下達(dá)到最大。其中,因?qū)?shù)入流條件下建筑集風(fēng)效果明顯,風(fēng)輪輪轂處的風(fēng)速大于其他兩種入流,因此其風(fēng)輪輸出功率明顯增大�；谖蓓斏贤牧鲝�(qiáng)度的大小與高度的關(guān)系,在屋頂風(fēng)力機(jī)風(fēng)輪半徑范圍內(nèi)選擇安裝高度分別安裝風(fēng)力機(jī),分析安裝高度對(duì)風(fēng)輪功率的影響。結(jié)果表明,風(fēng)輪功率增長(zhǎng)速率隨著安裝高度的增加逐漸減小。因此,屋頂風(fēng)力機(jī)安裝時(shí),在安全性和安裝成本允許范圍內(nèi)可適當(dāng)增加安裝高度,但增加幅度不宜過大,約為風(fēng)輪半徑(R=0.7m)即可。以上結(jié)果對(duì)建筑風(fēng)能利用和屋頂風(fēng)力機(jī)的推廣安裝有重要意義,亦具有一定的理論和工程實(shí)踐的價(jià)值。
【學(xué)位授予單位】：內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TK83;TU758.7

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2675405