风能利用建筑的风能利用效能研究与结构分析

【摘要】：建筑环境中的风能利用是目前国际上研究的前沿课题。该研究涉及结构工程、风工程、机电工程、空气动力学、建筑技术、环境学等多个学科领域,其研究具有普遍意义。在研究建筑环境中风能利用可行性的基础上,本文研究了若干种风能利用建筑形体的风能利用效能,并对风能利用建筑进行了简单的结构分析。 首先论文介绍了风资源的评价指标,阐述了建筑环境中的风能特点；分析了浙江省建筑环境中的风资源,论证了建筑环境中风能利用的可行性；系统地总结了建筑风环境舒适度的研究成果,提出了风能利用建筑的三种基本形式。 论文进一步运用计算流体力学方法对风能利用建筑的风场进行了数值模拟,提出了建筑环境风能利用效能的评价指标。同时,研究了风能利用建筑三种基本形体的风能利用效能,分析其影响因素,并提出了有利于风能利用的风力机安放位置与排布方式。 为了提高风能利用效能,论文也对风能利用建筑的形体进行了优化分析,提出了有利于风能利用的新的建筑形体。 最后,参考了风力机荷载规范,论文分析了风力机安装在建筑中对建筑结构产生的附加荷载。并以顶部安装风力机的建筑为例,分析了风力机附加荷载对建筑结构的静力和动力影响。初步研究了建筑结构的隔振原理,设计了风力机与建筑结构之间的有效连接。 【关键词】：建筑环境 风能利用 风能利用建筑 风能利用效能 风速增大系数 数值模拟 建筑结构
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TU312.1;TU18
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-8
• 目次8-12
• 第1章 绪论12-21
• 1.1 研究背景12
• 1.2 建筑环境中的风能利用形式12-13
• 1.3 建筑环境风能利用的研究现状13-16
• 1.3.1 建筑对风能集结效果研究13-14
• 1.3.2 适宜风力发电机研究14-15
• 1.3.3 建筑环境中风力发电效益评估研究15-16
• 1.4 建筑环境风能利用的应用实例16-18
• 1.4.1 国外应用实例16-17
• 1.4.2 国内应用实例17-18
• 1.5 建筑环境风能利用设计中需要考虑的问题18-19
• 1.6 本文研究的主要内容19-21
• 第2章 建筑环境中风能利用的可行性研究21-33
• 2.1 风资源的评价指标21-24
• 2.1.1 风能密度的计算21-22
• 2.1.2 有效风能密度和有效风速时的确定22-23
• 2.1.3 风向频率23-24
• 2.1.4 年平均风速24
• 2.2 浙江省的风资源24
• 2.3 建筑环境中的风资源24-28
• 2.3.1 大气边界层与平均风剖面24-26
• 2.3.2 建筑环境中的风场特点26-28
• 2.3.3 建筑环境中的风资源28
• 2.4 建筑风环境的舒适度研究28-31
• 2.4.1 相对舒适度评估标准29-30
• 2.4.2 风速概率统计评估标准30
• 2.4.3 风速比评估标准30-31
• 2.5 风能利用建筑的基本形式31-32
• 2.6 本章小结32-33
• 第3章 风能利用建筑基本形体的风能利用效能研究33-71
• 3.1 计算风工程理论33-37
• 3.1.1 计算风工程简介33-34
• 3.1.2 空气绕钝体流动的基本方程34-36
• 3.1.3 N-S方程的求解方法36-37
• 3.2 CFD数值模拟的计算过程37-39
• 3.2.1 数值模拟的基本假定37
• 3.2.2 几何模型的建立及网格的划分37-38
• 3.2.3 湍流模型的选取38
• 3.2.4 边界条件的设定38-39
• 3.2.5 计算方法39
• 3.3 建筑环境风能利用效能的评价指标39-41
• 3.4 顶部安装型建筑的风能利用效能41-52
• 3.4.1 基本模型的研究41-44
• 3.4.2 屋顶风力机的安装形式44-45
• 3.4.3 不同迎风角下建筑的风能利用效能45-47
• 3.4.4 影响因素47-52
• 3.5 空洞安装型建筑的风能利用效能52-60
• 3.5.1 基本模型的研究52-54
• 3.5.2 不同迎风角下建筑的风能利用效能54-55
• 3.5.3 影响因素55-60
• 3.6 通道安装型建筑的风能利用效能60-69
• 3.6.1 基本模型的研究60-63
• 3.6.2 不同迎风角下建筑的风能利用效能63-66
• 3.6.3 影响因素66-69
• 3.7 本章小结69-71
• 第4章 风能利用建筑优化形体的风能利用效能研究71-86
• 4.1 长方体建筑屋顶形式的优化分析71-76
• 4.1.1 不同屋顶形式的几何模型71-72
• 4.1.2 不同形式屋顶的风能利用效能72-76
• 4.2 空洞安装型建筑曲面的优化分析76-77
• 4.2.1 不同曲面建筑的几何模型76
• 4.2.2 不同曲面建筑的风能利用效能76-77
• 4.3 空洞安装型建筑风通道形状的优化分析77-79
• 4.3.1 不同风通道形状的几何模型77-78
• 4.3.2 不同风通道形状建筑的风能利用效能78-79
• 4.4 屋顶挡风墙建筑形体的构筑79-84
• 4.4.1 单层挡风墙建筑形体的构筑及其风能利用效能79-81
• 4.4.2 双层挡风墙建筑形体的构筑81-82
• 4.4.3 双层阶梯型挡风墙建筑的风能利用效能82-84
• 4.5 本章小结84-86
• 第5章 风力机对建筑结构的附加荷载分析86-102
• 5.1 坐标系的确定86-87
• 5.2 风力机相关载荷介绍87-91
• 5.2.1 载荷类型87-88
• 5.2.2 设计载荷情况88-90
• 5.2.3 载荷的局部安全系数90-91
• 5.3 风力机对建筑结构的附加载荷分析91-100
• 5.3.1 大中型水平风机的简化计算92-95
• 5.3.2 小型风力机的简化计算95-100
• 5.4 计算实例100-101
• 5.5 本章小结101-102
• 第6章 顶部安装型建筑的结构受力分析102-111
• 6.1 建筑结构模型与风力机选取102-104
• 6.1.1 建筑结构模型102-103
• 6.1.2 风力机选取103-104
• 6.2 风力机塔架的选取与验算104-106
• 6.2.1 塔架的选取104
• 6.2.2 塔架的强度验算104-105
• 6.2.3 塔架的固有频率105-106
• 6.3 建筑结构的受力分析106-109
• 6.3.1 结构的静力性能106-108
• 6.3.2 结构的自振频率108-109
• 6.4 建筑结构的隔振设计原理109
• 6.5 本章小结109-111
• 第7章 结论与展望111-114
• 7.1 本文主要结论111-113
• 7.2 展望113-114
• 参考文献114-117
• 作者简历117

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