隨著風(fēng)能應(yīng)用面的拓寬,發(fā)展強(qiáng)擾動環(huán)境中建筑物頂部小型風(fēng)力機(jī)的選址工作成為前沿課題。但建筑物周圍的風(fēng)場復(fù)雜多變,若選址不當(dāng),會影響風(fēng)力機(jī)的輸出功率和壽命。本文采用數(shù)值模擬和試驗(yàn)相結(jié)合的方法,測得呼和浩特城郊處的風(fēng)速剖面和湍流剖面,通過對城郊單體復(fù)雜建筑物上方的速度特征和湍流特征的研究,根據(jù)IEC61400-2標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)力機(jī)安裝高度處湍流強(qiáng)度TI的控制范圍,確定了不同入流剖面下建筑物頂部風(fēng)力機(jī)的安裝高度;季節(jié)性變化(夏秋)對風(fēng)力機(jī)選址的影響和適合城郊建筑物頂部風(fēng)力機(jī)微觀選址的入流剖面。為建筑物頂部風(fēng)力機(jī)的選址提供理論指導(dǎo)和數(shù)據(jù)支持。首先利用ZephIR 300和測風(fēng)塔上的風(fēng)速計(jì)測得呼和浩特城郊某處夏季到秋季的風(fēng)數(shù)據(jù)。采用目標(biāo)性擬合的方法得到夏季和秋季的風(fēng)速剖面和湍流強(qiáng)度剖面,將其作為本文數(shù)值計(jì)算的入口邊界條件。通過對風(fēng)向、風(fēng)能、速度剖面和湍流強(qiáng)度剖面的分析,結(jié)果表明:城郊風(fēng)場風(fēng)向多變?yōu)橹饕卣�。盛行風(fēng)向與季節(jié)密切相關(guān),夏季與秋季以三種盛行風(fēng)向?yàn)橹饕卣?其中北風(fēng)為夏秋季共有盛行風(fēng)向;風(fēng)能主要存在于北方和西北方且不隨高度變化。秋季和夏季擬合的速度剖面和湍流剖面均服從指數(shù)函數(shù)形式,速度剖面的指數(shù)值大于規(guī)范中的建議值,湍流剖面的擬合出的函數(shù)基本符合日本規(guī)范建議式。其次在速度入流剖面相同的情況下,以System TI法、System TKE法、Friction法及試驗(yàn)函數(shù)法為湍流入流剖面,對呼和浩特城郊某建筑周圍的湍流強(qiáng)度和速度進(jìn)行數(shù)值模擬,結(jié)果表明:湍流邊界條件是決定風(fēng)力機(jī)安裝高度的重要參數(shù),而對建筑物頂部速度場的分布影響較小。風(fēng)力機(jī)安裝高度由高到低的排序是:Friction法試驗(yàn)函數(shù)法System TKE法System TI法。然后在湍流入流剖面相同的情況下以夏季試驗(yàn)入流剖面、對數(shù)入流剖面和夏季均勻入流剖面為速度入流剖面,分別以八個方向?qū)δ繕?biāo)建筑物周圍的湍流強(qiáng)度和風(fēng)加速因子進(jìn)行數(shù)值模擬,結(jié)果表明:風(fēng)力機(jī)的安裝的位置和高度受入流方向影響較大,單風(fēng)向的選址結(jié)果無法實(shí)現(xiàn)既避開強(qiáng)湍流又利用建筑物頂部的風(fēng)加速,要想保證風(fēng)力機(jī)壽命,三種入流剖面任意來流方向下風(fēng)力機(jī)的最低安裝高度分別三種入流剖面任意來流方向下風(fēng)力機(jī)的最低安裝高度分別是2.3H,2.25H和2.75H,湍流強(qiáng)度最大值在[1.1-1.5]H之間。在僅考慮主風(fēng)向和主風(fēng)能方向時,可實(shí)現(xiàn)兼顧避開強(qiáng)湍流和利用風(fēng)加速,風(fēng)力機(jī)安裝位置均在在建筑物前沿,高度均為2H以上;建筑物頂部各位置最大風(fēng)加速因子小于1.3,所以為減少選址的工作量可不考慮風(fēng)加速效應(yīng)。再次通過對以夏季和秋季的試驗(yàn)所得剖面為入流條件進(jìn)行數(shù)值計(jì)算,對比分析夏秋季典型位置處的湍流強(qiáng)度和風(fēng)加速因子,結(jié)果表明:夏秋季入流剖面對風(fēng)力機(jī)選址的影響較小,從工程角度可考慮忽略不計(jì)。最后綜合考慮不同湍流剖面和不同速度剖面對建筑物頂部風(fēng)力機(jī)的選址的影響,提出適合用數(shù)值模擬的方法對城郊建筑物頂部的風(fēng)力機(jī)進(jìn)行選址時的入流剖面。
【學(xué)位單位】：內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TK83
【部分圖文】：

圖 1-3 景觀性建筑物-風(fēng)力機(jī)Fig.1-3 Landscape buildings wind turbines圖 1-4 建筑物頂風(fēng)力機(jī)應(yīng)用實(shí)例Fig.1-4 Application example of wind turbine on top of building雖然將風(fēng)力機(jī)安裝在建筑屋頂部發(fā)展?jié)摿薮�，但是各國均沒有全面推廣。這是由于存在以下幾點(diǎn)問題，一、城市環(huán)境和建筑物頂部的流場特征比平坦開闊的場地更

2圖 1-4 建筑物頂風(fēng)力機(jī)應(yīng)用實(shí)例Fig.1-4 Application example of wind turbine on top of building雖然將風(fēng)力機(jī)安裝在建筑屋頂部發(fā)展?jié)摿薮�，但是各國均沒有全面由于存在以下幾點(diǎn)問題，一、城市環(huán)境和建筑物頂部的流場特征比平坦開闊加復(fù)雜；二、存在安全、噪音、振動和美觀問題[11]；三、建筑物頂部小型風(fēng)計(jì)安裝規(guī)范還未被制定[12]。針對以上難題，需從以下幾點(diǎn)著手：1、測量真環(huán)境下的風(fēng)資源和探尋建筑物頂部的流場特性；2、暫時可在非住宅上安裝物頂部風(fēng)力機(jī)微觀選址。其中建筑物頂部風(fēng)力機(jī)的選址（安裝高度和位置的于核心地位。而決定選址準(zhǔn)確性的關(guān)鍵是對建筑物頂部的流場信息的確定一些學(xué)者已經(jīng)通過數(shù)值模擬研究發(fā)現(xiàn)建筑物頂部的風(fēng)場呈低風(fēng)速、高湍[13]。風(fēng)力機(jī)安裝位置不當(dāng)會出現(xiàn)難啟動、載荷大、壽命低等特征[14]。但對于的風(fēng)資源和建筑物頂部流場的研究仍然不足。因此，根據(jù)實(shí)際的城市風(fēng)環(huán)境

物的影響導(dǎo)致城市近郊的風(fēng)場十分復(fù)雜，而建筑處的風(fēng)速、風(fēng)向及湍流參數(shù)與地區(qū)性氣象學(xué)中得對建筑物頂部的風(fēng)場特征得到精確且全面的預(yù)測件。因此必須對近郊處建筑物所處的風(fēng)場進(jìn)行現(xiàn)計(jì)和激光雷達(dá)等設(shè)備，采用分層測量法，對內(nèi)蒙某建筑物周圍的風(fēng)場進(jìn)行現(xiàn)場測量，以獲得試驗(yàn)后為后期的 CFD 計(jì)算提供支撐。式風(fēng)速傳感器為武漢易谷科技有限公司生產(chǎn)的傳感器，其結(jié)構(gòu)如圖 3-1 所示。

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前3條

1 袁行飛;張玉;;長方體建筑屋頂風(fēng)能利用效能研究[J];土木建筑與環(huán)境工程;2012年03期

2 徐超;王振亞;孫峰;李慧杰;;氣流繞流對某科技館屋頂垂直軸風(fēng)力機(jī)運(yùn)行的影響[J];能源技術(shù);2010年05期

3 王星晨;馬清澤;馬慶;;呼和浩特最近30年地面風(fēng)特征分析[J];內(nèi)蒙古草業(yè);2010年03期

相關(guān)會議論文 前1條

1 苑安民;田思進(jìn);;城市高層建筑群風(fēng)能利用的研究[A];長三角清潔能源論壇論文專輯[C];2005年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前2條

1 王強(qiáng);內(nèi)工大某建筑屋頂風(fēng)力機(jī)微觀選址的數(shù)值研究[D];內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué);2016年

2 張玉;風(fēng)能利用建筑的風(fēng)能利用效能研究與結(jié)構(gòu)分析[D];浙江大學(xué);2011年

本文編號：2830914