【摘要】：基于城市環(huán)境中的風能利用的廣闊前景,建筑風能一體化備受青睞。城市風環(huán)境由于大量建筑物的存在變得復雜,建筑物周圍的風場分布獨特,具有湍流程度加劇、風速降低和局部加速等特點。因此,為合理利用建筑環(huán)境中的風能,保障屋頂風力機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力機功率特性的變化規(guī)律,以確定風力機最佳安裝位置和高度及多臺風力機的布置,對城市建筑風能利用和屋頂風力機的安裝推廣有重要意義,亦具有一定的理論和工程實踐的價值。依據(jù)三種典型地形擬合對應的入流風剖面作為入流條件,從湍流強度和風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)對應的指數(shù)風剖面入流,分離區(qū)范圍較大,其風加速效果最小,風力機應安裝于高度大于0.3倍建筑高度的前沿點或近前沿點。建筑物密集但無高大建筑的城市市區(qū)對應的對數(shù)風剖面入流,同等高度下,產(chǎn)生的速度阻滯程度最小,風加速效果最為明顯,但屋頂中后部存在高湍流區(qū)域,屋頂風力機應安裝于高度大于0.2~0.34倍的建筑高度的前沿點或近前沿點。對于有高大建筑的城市市區(qū)對應的半對數(shù)風剖面入流,分離區(qū)范圍最小,速度恢復較快,建筑風加速效果相對較大,且屋頂上方區(qū)域湍流程度較小,風力機應安裝于高度大于0.15倍建筑高度的前沿點或近前沿點�；谏鲜鑫蓓斄鲌龅奶厥庑�,引入“越頂氣流高度”的概念,突出越頂氣流內(nèi)高湍流、低風速的特點,著重分析風速及建筑物尺寸對“越頂氣流高度”的影響,為屋頂風力機的安裝提供理論依據(jù)。結(jié)果表明:越頂氣流高度隨風速的增加逐漸減少,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,屋頂風力機的安裝高度在考慮入流條件的基礎上,還應考慮安裝屋頂風力機的建筑的尺寸及其所在地區(qū)的年平均風速,以便獲得較高的輸出功率。綜合前文對屋頂風力機安裝高度的預測,選定特定位置安裝風力機,著重分析屋頂風力機的流場特性及風輪功率變化與入流的關(guān)系。結(jié)果表明:三種入流情況下,風輪尾流中都出現(xiàn)了明顯的軸向速度虧損區(qū)域,并且風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)。三種入流條件下風輪功率均隨尖速比的增大先增大后減小,在額定工況下達到最大。其中,因?qū)?shù)入流條件下建筑集風效果明顯,風輪輪轂處的風速大于其他兩種入流,因此其風輪輸出功率明顯增大。基于屋頂上湍流強度的大小與高度的關(guān)系,在屋頂風力機風輪半徑范圍內(nèi)選擇安裝高度分別安裝風力機,分析安裝高度對風輪功率的影響。結(jié)果表明,風輪功率增長速率隨著安裝高度的增加逐漸減小。因此,屋頂風力機安裝時,在安全性和安裝成本允許范圍內(nèi)可適當增加安裝高度,但增加幅度不宜過大,約為風輪半徑(R=0.7m)即可。以上結(jié)果對建筑風能利用和屋頂風力機的推廣安裝有重要意義,亦具有一定的理論和工程實踐的價值。
【學位授予單位】：內(nèi)蒙古工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TK83;TU758.7

【參考文獻】

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本文編號：2675405