不同风剖面对建筑物顶面风力机微观选址的影响研究

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1、分类号:学校代码:10128UDC:学号:20151100137硕士学位论文学生类别：全日制学术型硕士研究生学科名称：动力工程及工程热物理论文题目：不同风剖面对建筑物顶面风力机微观选址的影响研究英文题目：TheInfluenceofDifferentWindProfilesontheMicroLocationofWindTurbinesattheTopoftheBuilding学生姓名：王猛导师姓名：汪建文教授二○一八年六月内蒙古工业大学硕士学位论文摘要随着风能应用面的拓宽，发展强扰动环境中建筑物顶部小型风力机的

2、选址工作成为前沿课题。但建筑物周围的风场复杂多变，若选址不当，会影响风力机的输出功率和寿命。本文采用数值模拟和试验相结合的方法，测得呼和浩特城郊处的风速剖面和湍流剖面，通过对城郊单体复杂建筑物上方的速度特征和湍流特征的研究，根据IEC61400-2标准风力机安装高度处湍流强度TI的控制范围，确定了不同入流剖面下建筑物顶部风力机的安装高度；季节性变化（夏秋）对风力机选址的影响和适合城郊建筑物顶部风力机微观选址的入流剖面。为建筑物顶部风力机的选址提供理论指导和数据支持。首先利用ZephIR300和测风塔上的风速计测得

3、呼和浩特城郊某处夏季到秋季的风数据。采用目标性拟合的方法得到夏季和秋季的风速剖面和湍流强度剖面，将其作为本文数值计算的入口边界条件。通过对风向、风能、速度剖面和湍流强度剖面的分析，结果表明：城郊风场风向多变为主要特征。盛行风向与季节密切相关，夏季与秋季以三种盛行风向为主要特征，其中北风为夏秋季共有盛行风向；风能主要存在于北方和西北方且不随高度变化。秋季和夏季拟合的速度剖面和湍流剖面均服从指数函数形式，速度剖面的指数值大于规范中的建议值，湍流剖面的拟合出的函数基本符合日本规范建议式。其次在速度入流剖面相同的情况下，

4、以SystemTI法、SystemTKE法、Friction法及试验函数法为湍流入流剖面，对呼和浩特城郊某建筑周围的湍流强度和速度进行数值模拟，结果表明：湍流边界条件是决定风力机安装高度的重要参数，而对建筑物顶部速度场的分布影响较小。风力机安装高度由高到低的排序是：Friction法＞试验函数法＞SystemTKE法＞SystemTI法。然后在湍流入流剖面相同的情况下以夏季试验入流剖面、对数入流剖面和夏季均匀入流剖面为速度入流剖面，分别以八个方向对目标建筑物周围的湍流强度和风加速因子进行数值模拟，结果表明：风力机

5、的安装的位置和高度受入流方向影响较大，单风向的选址结果无法实现既避开强湍流又利用建筑物顶部的风加速，要想保证风力机寿命，三种入流剖面任意来流方向下风力机的最低安装高度分别三种入流剖面任意来流方向下风力机的最低安装高度分别是2.3H，2.25H和2.75H，湍流强度最大值在[1.1-1.5]H之间。在仅考虑主风向和主风能方向时，可实现兼顾避开强湍流和利用风加速，风力机安装位置均在在建筑物前沿，高度均为2H以上；建筑物顶部各位置最大风加速因子小于1.3，所以为减少选址的工作量可不考虑风加速效应。I内蒙古工业大学硕士学

6、位论文再次通过对以夏季和秋季的试验所得剖面为入流条件进行数值计算，对比分析夏秋季典型位置处的湍流强度和风加速因子，结果表明：夏秋季入流剖面对风力机选址的影响较小，从工程角度可考虑忽略不计。最后综合考虑不同湍流剖面和不同速度剖面对建筑物顶部风力机的选址的影响，提出适合用数值模拟的方法对城郊建筑物顶部的风力机进行选址时的入流剖面。关键词：建筑物顶部；湍流剖面；速度剖面；风力机；微观选址II内蒙古工业大学硕士学位论文AbstractWiththewideningoftheapplicationareaofwindpow

7、er,thelocationofsmallwindturbinesonthetopofbuildingsisbecomingaprefacetopic.Butthewindfieldaroundthebuildingiscomplexandchangeable.Ifthelocationisimproper,itwillaffecttheoutputpowerandlifeofthewindturbine.Bymeansofnumericalsimulationandexperiment,thewindspeed

8、profilesandturbulentprofilesintheoutskirtsofHohhotaremeasured.Bystudyingthevelocitycharacteristicsandturbulencecharacteristicsabovethecomplexbuildingsontheoutskirtsofthesuburbs,Accordingt