建筑物周围风场模拟与垂直轴风力机设计研究

发布时间：2021-04-22 11:56

　　随着能源危机的加剧和人们环保意识的增强,风能作为一种清洁、无污染的可再生能源,已受到世界各国的高度关注。在建筑环境中利用风能发电具有免于输送的优点,能够很好的解决偏远地区的供电问题,对于无电居民的意义重要。本文以建筑物周围风能利用为出发点,采用理论分析与CFD数值模拟相结合的方法,分析建筑物周围三维风场的基本状况,重点探讨建筑物屋顶上方的风速与湍流强度随高度的变化情况,为在建筑物屋顶安装风力机提供理论支持。首先,本文采用CFD数值模拟的方法主要对单个平顶建筑物、单个尖顶建筑物和两个相邻平顶建筑物周围的风场进行分析,利用风速和湍流强度两个因素探讨了不同类型建筑物屋顶上方适合安装风力机的高度。结果表明:不同屋顶类型的建筑物对风能都有一定的集结效果,屋顶上方的风速能够提高20%,可以使风力机获得较高的风能;流经建筑物的风流由于发生紊乱而使湍流强度也随之增大,建筑物屋顶中部的湍流强度最大;对比平顶建筑物和尖顶建筑物的风场,可以得出不同的屋顶形式对风场的影响很大,其在屋顶安装风力机的高度也不尽相同;对于两座相邻的建筑物,由于前方建筑物的阻挡,后方建筑物屋顶的风速有所降低,适合安装风力机的高度随之... 

【文章来源】：济南大学山东省

【文章页数】：92 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 概述
    1.2 建筑周围风环境的特点
        1.2.1 风的形成
        1.2.2 风绕建筑物流动的特点
    1.3 适宜风力发电机的研究
    1.4 建筑物周围风环境的研究现状
    1.5 小型垂直轴风力发电机的研究现状
    1.6 本文研究的主要内容
第二章 CFD数值模拟技术简介
    2.1 湍流的物理模型
    2.2 不可压缩流体的控制方程
    2.3 湍流的数值模拟方法
    2.4 网格技术
        2.4.1 网格的分类
        2.4.2 网格质量
    2.5 数值计算方法
    2.6 本章小结
第三章 建筑物周围风场的数值模拟
    3.1 平屋顶建筑物风场分析
        3.1.1 建立几何模型
        3.1.2 划分网格
        3.1.3 设定边界条件
        3.1.4 计算方法
        3.1.5 风速 3m/s，风向为 0°时建筑物周围风场分析
        3.1.6 不同风向下建筑物屋顶风能利用效果
        3.1.7 不同风速时风力机的安装高度
    3.2 尖屋顶建筑物的风场分析
    3.3 相邻两个建筑物屋顶风能效果及风力机安装的参考位置
        3.3.1 相邻两个建筑物的几何模型
        3.3.2 建筑物屋顶的风场分布
    3.4 不同高度的平顶建筑物的风场分析
    3.5 本章小结
第四章 有风力机的平顶建筑物风场分析
    4.1 模型的建立与仿真
        4.1.1 建立几何模型及网格划分
        4.1.2 边界条件的设置
        4.1.3 求解计算
    4.2 建筑物屋顶风力机的仿真分析
        4.2.1 建筑物屋顶前沿处风力机安装位置
            4.2.1.1 屋顶前沿中部安装风力机的风场分析
            4.2.1.2 屋顶前沿安装多台风力机
        4.2.2 中线安装风力机位置的模拟分析
            4.2.2.1 中线三台风力机安装高度为 8m时的风场分析
            4.2.2.2 中线两台风力机安装高度为 3m时的风场分析
    4.3 本章小结
第五章 风力机翼型的选择及其流场数值模拟
    5.1 翼型的几何参数
    5.2 翼型在运动中的受力
    5.3 翼型的失速
    5.4 翼型的空气动力学数值模拟
        5.4.1 攻角的计算
        5.4.2 计算模型的建立
            5.4.2.1 计算域的确定
            5.4.2.2 网格的划分
            5.4.2.3 边界条件的设定
    5.5 翼型的模拟结果
    5.6 本章小结
第六章 垂直轴风力机的设计
    6.1 螺旋型垂直轴风力机的设计
    6.2 叶轮的设计
        6.2.1 叶轮设计的参数
        6.2.2 额定风速
        6.2.3 叶轮尺寸的确定
        6.2.4 风轮叶片螺旋角度
        6.2.5 叶片翼型的选择
    6.3 风力机塔架的设计
    6.4 发电机的选择
    6.5 风力机的试验分析
        6.5.1 试验方案
        6.5.2 试验装置
            6.5.2.1 鼓风机
            6.5.2.2 控制器
            6.5.2.3 示波器
    6.6 试验结果
        6.6.1 风速与转速的试验结果
        6.6.2 转速与风力机功率的试验结果
        6.6.3 风力机改进试验
    6.7 本章小结
第七章 结论与展望
    7.1 主要工作与结论
    7.2 不足与展望
参考文献
致谢
附录


【参考文献】：
期刊论文
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[2]山东师大新校区综合教学楼风环境模拟研究[J]. 石小倩,刘厚凤.  绿色科技. 2013(02)
[3]长方体建筑屋顶风能利用效能研究[J]. 袁行飞,张玉.  土木建筑与环境工程. 2012(03)
[4]安装角变化下垂直轴风力机气动性能的研究[J]. 姚激,黄剑峰,袁伟斌,彭明军,孙勇.  水电能源科学. 2012(02)
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[6]变攻角垂直轴风力机三维定常流场数值模拟[J]. 姚激,黄剑峰,彭明军,孙勇,袁伟斌.  机械与电子. 2011(07)
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博士论文
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硕士论文
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[3]潜水泵导流器水力特性及其对泵性能影响的研究[D]. 何睿.兰州理工大学 2012
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[8]基于Fluet的ITER外真空杜瓦的传热分析研究[D]. 陈培譞.合肥工业大学 2012
[9]大跨悬索桥颤振稳定性的数值计算[D]. 夏勇.长安大学 2011
[10]风能利用建筑的风能利用效能研究与结构分析[D]. 张玉.浙江大学 2011



本文编号：3153733