內(nèi)工大某建筑屋頂風(fēng)力機(jī)微觀選址的數(shù)值研究.pdf

1、隨著城鎮(zhèn)綠色建筑的發(fā)展，合理利用城市建筑環(huán)境中的風(fēng)能，探究城市環(huán)境建筑屋頂風(fēng)力機(jī)微觀選址及風(fēng)功率增大效果的預(yù)測已成為風(fēng)工程領(lǐng)域的前沿課題。本文以城市大氣邊界理論為依據(jù)、編制更為精確的城市大氣邊界層（U-ABL）入流條件，構(gòu)建內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)校園內(nèi)工程技術(shù)樓B座（Engineering Technology Building-Block B，簡稱為ETB建筑）的數(shù)值模型，對屋頂各區(qū)域的湍流特性進(jìn)行全方位的分析，初步得到不同類型平屋頂區(qū)域的湍

2、流特征；并提出一種基于城市大氣邊界層內(nèi)建筑屋頂風(fēng)湍流特性分析的屋頂風(fēng)力機(jī)微觀選址的數(shù)值研究分析新方法，為城市建筑屋頂風(fēng)力機(jī)的微觀選址提供了新思路。本研究主要內(nèi)容包括：
　?、艠?gòu)建了建筑屋頂風(fēng)湍流特性數(shù)值模型：ETB建筑物的全尺寸物理模型及計算域等相關(guān)參數(shù)的建立、網(wǎng)格精確性劃分、適宜入流邊界條件的制定、湍流模型及計算方法等。采用混合計算域，即外部長方體域、內(nèi)部包圍建筑的圓柱體域；為避免低質(zhì)量網(wǎng)格的生成，提出了針對“因網(wǎng)格合并而降低網(wǎng)

3、格質(zhì)量”的改進(jìn)方法：適當(dāng)擴(kuò)大非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格區(qū)域；Interface連接的內(nèi)外域網(wǎng)格節(jié)點不需要完全合并，但要保證二者網(wǎng)格數(shù)量合理匹配；建立了考慮置換高度、更適宜城市大氣邊界的半對數(shù)風(fēng)剖面等入流條件。此外，首次嘗試采用BCGSTAB（穩(wěn)定雙共軛梯度法）算法，實現(xiàn)了收斂更快速、更平滑的數(shù)值模擬。
　?、漆槍?nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)校園內(nèi)ETB建筑屋頂各區(qū)域的湍流特征進(jìn)行了數(shù)值模擬，分別從流線特性、屋頂立面及平面特性參數(shù)等角度定性地對屋頂各區(qū)域的湍流特

4、征參數(shù)分布規(guī)律進(jìn)行分析闡述。風(fēng)流經(jīng)建筑物，于迎風(fēng)面撞擊而發(fā)生流體分離而軸向速度驟降、湍流動能激增、甚至發(fā)生流體回流，隨后流體再附著、軸向速度趨于穩(wěn)定且略有降低、湍流動能逐漸降低。
　?、墙Y(jié)合呼和浩特市風(fēng)資源分布，選取當(dāng)?shù)厥⑿酗L(fēng)向（西風(fēng)，θ=270.0°）、年平均風(fēng)速作為風(fēng)力機(jī)微觀選址的基本工況，利用“湍流強(qiáng)度”、“風(fēng)加速因子”等湍流特征參數(shù)，初步預(yù)測ETB建筑屋頂A區(qū)屋頂風(fēng)力機(jī)的安裝高度為地面以上1.30倍的建筑高度、安裝位置為屋

5、頂前沿點。以呼和浩特市年平均風(fēng)速、全方位考慮不同水平風(fēng)向角下ETB建筑屋頂A區(qū)各參考分析點進(jìn)行統(tǒng)計分析，引入“湍流厚度”的概念，全面而精確地預(yù)測ETB建筑屋頂A區(qū)選定小型垂直軸風(fēng)力機(jī)的最佳安裝高度區(qū)間為地面以上1.51~1.79倍的建筑高度、最佳安裝位置均為各風(fēng)向下的前沿點，亦即屋頂A區(qū)邊緣點；并且得到ETB建筑屋頂A區(qū)綜合平均湍流厚度為1.34H，該值為該類建筑屋頂風(fēng)力機(jī)的微觀選址工作提供重要參考。
　?、雀鶕?jù)屋頂各區(qū)域的湍流特