群体建筑环境中的风能利用效能研究

【摘要】：随着城市现代化的不断发展,密集建筑群的体型、布局已经成为影响建筑环境中风能利用的重要因素。相邻建筑之间的相互干扰,使得流态异常复杂,对其进行研究具有重要意义。本文从建筑环境中的风能利用出发,研究了不同平面、不同立面布局下建筑物的集风效能,并分析了垂直轴风力机旋转对风场的影响。 本文首先研究了平面布局对风能效应的影响,用计算流体力学的方法对建筑群周围风环境进行数值模拟,比较了不同体型的建筑物侧排集风效能,分析了七种不同平面布局下,建筑群屋顶及侧排的可利用风能,总结出有利于提高风能利用的建筑体型及排布方式。 其次,论文对两座串联布置的高层建筑周围风场进行了研究,通过改变建筑的高差、间距、宽度以及屋顶形式,找到了影响目标建筑屋顶风速的关键因素。 为了研究风力机安装后对建筑风场的影响,论文进一步运用滑移网格的方法通过二维数值模拟了小型垂直轴风力机旋转情况,得到了相应的风场分布,总结了风力机尾流速度与叶尖比的关系。 最后,论文以杭州市钱江新城的市民中心为群体建筑实例,研究其风能可利用的若干位置,并针对加强建筑屋顶风速,提出高度优化方案。 【关键词】：建筑环境 风能利用 建筑布局 风速增大系数 垂直轴风力机 滑移网格 数值模拟
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TU119;TU18
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-8
• 目录8-12
• 第1章 绪论12-21
• 1.1 研究背景12-13
• 1.2 国内外研究现状13-15
• 1.2.1 国外建筑风环境研究概况13-14
• 1.2.2 国内建筑风环境研究概况14-15
• 1.3 高层建筑群风环境研究方法15-16
• 1.3.1 现场实测15
• 1.3.2 风洞试验15
• 1.3.3 数值模拟15-16
• 1.4 建筑环境风场特殊性16-17
• 1.5 建筑环境风能应用实例17-19
• 1.6 目前建筑风能利用的不足及需考虑的问题19-21
• 第2章 风能利用基本理论21-34
• 2.1 风能基本概念21-24
• 2.1.1 风能密度21-22
• 2.1.2 风机利用的风能22-24
• 2.1.3 风速倾斜角对风功率的影响24
• 2.2 建筑环境中的风能利用24-28
• 2.2.1 建筑环境中的风资源24-26
• 2.2.2 风能利用基本形式26-27
• 2.2.3 建筑环境风能利用效能评价指标27-28
• 2.3 CFD数值模拟方法28-31
• 2.3.1 CFD简介28
• 2.3.2 控制方程28-30
• 2.3.3 求解方法30-31
• 2.4 CFD数值模拟计算过程31-33
• 2.4.1 基本假定31
• 2.4.2 几何模型及网格划分31
• 2.4.3 湍流模型的选取31-32
• 2.4.4 边界条件32-33
• 2.4.5 计算方法33
• 2.5 本章小结33-34
• 第3章 群体建筑平面布局风能利用效能研究34-45
• 3.1 单体建筑风场对比34-35
• 3.2 侧排安装风力机建筑的风能利用35-38
• 3.2.1 侧排安装风力机形式35
• 3.2.2 建筑体型对侧排风能利用的影响35-38
• 3.2.3 风力机安装位置的选择38
• 3.3 不同平面布局下群体建筑风能利用38-43
• 3.3.1 行人舒适度40
• 3.3.2 屋顶风能比较40-42
• 3.3.3 侧排风能比较42-43
• 3.4 本章小结43-45
• 第4章 群体建筑立面布局风能利用效能研究45-56
• 4.1 前置建筑的影响45-50
• 4.1.1 前置建筑高度影响45-47
• 4.1.2 建筑间距影响47-48
• 4.1.3 前置建筑宽度的影响48-49
• 4.1.4 前置建筑屋顶形式的影响49-50
• 4.2 来流分离特征角度的影响50-52
• 4.2.1 来流分离特征角度定义50-51
• 4.2.2 风速增大系数与β的关系51
• 4.2.3 前置建筑宽度影响的本质51-52
• 4.2.4 前置建筑屋顶影响的本质52
• 4.3 左右建筑的影响52-54
• 4.4 本章小结54-56
• 第5章 建筑环境中小型垂直轴风力发电机对风场的影响56-68
• 5.1 CFD研究方法56-59
• 5.1.1 滑移网格介绍57-58
• 5.1.2 风力机几何与气动性能相关概念58-59
• 5.1.3 湍流模型比较59
• 5.2 计算实例59-63
• 5.2.1 几何模型60
• 5.2.2 边界条件与参数设置60
• 5.2.3 结果分析60-63
• 5.3 二维小型垂直风力机尾流研究63-66
• 5.3.1 来流风速的影响63-64
• 5.3.2 风力机转速的影响64-65
• 5.3.3 来流与尾流差与叶尖比的关系65-66
• 5.4 三维小型垂直风力机尾流66-67
• 5.5 本章小结67-68
• 第6章 杭州市民中心风能利用优化68-80
• 6.1 市民中心介绍68-69
• 6.2 侧排风能利用研究69-72
• 6.2.1 点O1在三个风向下的风能研究70-71
• 6.2.2 点O1、O2、O3迎风时的风能研究71-72
• 6.3 连廊风能利用研究72-74
• 6.4 竖向优化74-78
• 6.4.1 在一座建筑上安装一排风力机77-78
• 6.4.2 在两座建筑上各安装一排风力机78
• 6.5 本章小结78-80
• 第7章 结论与展望80-82
• 7.1 本文主要结论80-81
• 7.2 展望81-82
• 参考文献82-86
• 作者简历86
• 基本信息86
• 教育经历86
• 发表论文86

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