平板型和非流线型高层建筑风能利用效能的数值研究

【摘要】：随着城市的快速发展环境污染问题越来越严重,开发并利用可再生能源成为社会发展的必然选择,而风能作为一种绿色环保、可再生资源已受到人们的广泛关注。风能与建筑一体化是当前国际上研究的前沿课题,建筑物的风能利用具有免于输送的特点,使产生的电能可直接用于建筑物本身,同时也为绿色节能建筑的发展提供了新思路。本文研究了平板型(单侧圆形开洞和单侧、双侧、上下方形开洞)高层建筑和非流线型(屋顶存在高差的)高层建筑风能利用。通过对比单侧圆形开洞与方形开洞的洞口中心线的风能利用的研究,得到最优的洞口形状,并对该洞口的尺寸进行了优化,此外在该洞口形状的基础上研究了双侧开洞时各风向角下主洞口受辅助洞口的影响其风能利用效能,及上下开洞时各洞口内的风能利用率。对于非流线型高层建筑物,首先分析了平屋顶模型在不同风向角下屋顶各参考点的风能利用,然后研究高差的存在对屋顶各参考点的风能利用效能的影响,得出了屋顶存在高差的非流线型建筑的最佳风能利用位置,并对高差的尺寸进行了优化分析。 【关键词】：高层建筑 风能利用 数值模拟 风速增大系数 风速
【学位授予单位】：浙江工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TU973.213;TK89
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 绪论10-20
• 1.1 研究背景10-11
• 1.2 国内外研究现状11-16
• 1.2.1 国外研究现状12-14
• 1.2.2 国内研究现状14-16
• 1.3 高层建筑风环境的研究方法16-17
• 1.3.1 现场实测16
• 1.3.2 风洞试验16-17
• 1.3.3 数值试验17
• 1.4 浙江省风能资源情况及政策导向17-18
• 1.5 风机与建筑一体化的特点与难题18-19
• 1.6 本文的主要研究工作19-20
• 第二章 建筑环境中风能利用的基本理论20-42
• 2.1 风工程基本理论20-23
• 2.1.1 大气边界层与平均风剖面20-21
• 2.1.2 地面粗糙度21-22
• 2.1.3 平均风与脉动风特性22
• 2.1.4 流场的湍流强度22-23
• 2.2 风资源的评价指标23-27
• 2.2.1 风能密度24-25
• 2.2.2 有效风能密度和年有效风速时25-26
• 2.2.3 风向频率26-27
• 2.2.4 年平均风速27
• 2.3 建筑环境中风能的利用27-32
• 2.3.1 建筑环境中风场的特点27-30
• 2.3.2 风能利用的基本形式30-31
• 2.3.3 风能利用的可行性评价指标31-32
• 2.4 风环境中的舒适度研究32-35
• 2.4.1 相对舒适度（Beaufort）评价标准33-34
• 2.4.2 风速概率统计评价标准34-35
• 2.4.3 风速比评价标准35
• 2.5 风力发电机概况35-41
• 2.5.1 风力发电机的分类及工作原理36-39
• 2.5.2 风力发电机的风能利用率39-41
• 2.5.3 风机功率的影响因素41
• 2.6 本章小结41-42
• 第三章 局部开洞的高层建筑风能利用的数值模拟研究42-82
• 3.1 计算流体动力学理论42-51
• 3.1.1 计算流体动力学简介42
• 3.1.2 流体控制方程42-46
• 3.1.3 湍流模型理论46-49
• 3.1.4 数值计算方法49-51
• 3.2 CFD数值模拟的计算过程51-55
• 3.2.1 基本假定51
• 3.2.2 几何模型的建立与网格划分51-53
• 3.2.3 湍流模型的选取53-54
• 3.2.4 边界条件的设定54-55
• 3.2.5 计算方法55
• 3.3 不同洞.形状的高层建筑风能利用数值模拟结果及分析55-67
• 3.3.1 基本模型及工况说明55-56
• 3.3.2 风向角 φ=00时圆形与方形洞口的高层建筑风能利用效能对比56-60
• 3.3.3 不同迎风角下圆形与方形洞口高层建筑的风能利用效能对比60-63
• 3.3.4 方形洞口建筑风能利用效能的影响因素63-67
• 3.3.4.1 洞口的宽度63-64
• 3.3.4.2 洞口的高度64-66
• 3.3.4.3 洞口中心线高度66-67
• 3.4 双侧开洞的高层建筑风能利用数值模拟结果及分析67-71
• 3.4.1 基本模型及工况说明67-68
• 3.4.2 不同迎风角下单侧开洞与双侧开洞建筑的风能利用效能对比68-71
• 3.5 不同开洞数量高层建筑风能利用数值模拟结果及分析71-80
• 3.5.1 基本模型72-73
• 3.5.2 上下开洞建筑物的风能利用效能73-77
• 3.5.3 不同开洞距离建筑物的风能利用效能77-80
• 3.6 本章小结80-82
• 第四章 高差屋顶的高层建筑风能利用的数值模拟研究82-109
• 4.1 屋顶安装风机的基本要求[82]82
• 4.2 非流线体型高层建筑的数值模拟结果及分析82-91
• 4.2.1 基本模型及工况说明83
• 4.2.2 风向角 φ=0°时非流线体型高层建筑风能利用效能83-85
• 4.2.3 不同风向角下非流线体型高层建筑风能利用效能85-91
• 4.3 高差屋顶高层建筑的数值模拟结果及分析91-107
• 4.3.1 基本模型及工况说明92
• 4.3.2 风向角 φ=0°时高差屋顶高层建筑的风能利用效能92-100
• 4.3.3 高差屋顶高层建筑的风能利用效能的影响因素100-107
• 4.3.3.1 屋顶高差100-105
• 4.3.3.2 屋顶长度差105-107
• 4.4 本章小结107-109
• 第五章 结论与展望109-111
• 5.1 本文主要结论109-110
• 5.2 展望110-111
• 参考文献111-116
• 致谢116-117
• 在读期间发表的学术论文与研究成果117

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