集成立轴风机的高层风能建筑流场数值分析

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1、西南科技大学研究生学位论文集成立轴风机的高层风能建筑流场数值分析年级2012级姓名张祖鹏申请学位级别硕士专业防灾减灾工程及防护工程指导教师陈国平教授ClassifiedIndex:U.D.C:SouthwestUniversityofScienceandTechnologyMasterDegreeThesisNumericalAnalysisofFlowAroundHigh-riseBuildingsIntegratedVerticalAxisWindTurbinesGrade:2012Candidate:ZhangZupengAcademicDegreeAppliedfor:

2、MasterSpeciality:DisasterPreventionandMitigationEngineeringSupervisor:ChenGuopingProfessorMar.24,2015独创性声明本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得西南科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。签名：日期：关于论文使用和授权的说明本人完全了解西南科技大学

3、有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留学位论文的复印件，允许该论文被查阅和借阅；学校可以公布该论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。(保密的学位论文在解密后应遵守此规定)签名：导师签名:西南科技大学硕士研究生学位论文第I页摘要风力机与建筑一体化作为节能减排的新型建筑形式,在倡导发展绿色建筑和低碳经济的今天具有十分积极的意义。本文首先采用大涡模拟对立轴风力机与高层建筑一体化流场进行三维静态湍流数值模拟，得到了在有、无风力机及不同风速时建筑物横风向力功率谱、表面风压分布特性；其次采用标准k湍流模型并结合“动网格技术”，对立轴风力机与高层建筑一体

4、化流场进行二维动态数值模拟，得到了风力机的转矩系数及其流场特性。所有的计算结果表明：(1).在不同风速下，有、无风力机的建筑模型的(分别是方形、凹角)横风向力功率谱均存在明显的谱峰，并呈现单峰状；通过对有、无风力机凹角建筑物脱涡频率的对比，发现在同一风速下，随着来流与风力机叶片夹角的增加，脱涡频率加快，且无风力机的脱涡频率明显大于有风力机的脱涡频率，说明风力机的存在改善了流场结构，削弱了风荷载对建筑物的影响。(2).在不同风速下，有无风力机的建筑物迎风面的风压均为正值，而侧风面及背风面的风压均为负值，迎风面中间点处的风压系数达到最大，靠近两边逐渐减小；无风力机的凹角建筑其凹角处

5、的风压全为负值，而有风力机的建筑，在安装风力机的位置处其风压有正有负，因此在结构设计或施工时需要重视由风力机引起的风压变化可能导致的建筑物表面局部破坏。(3).在不同风速下，风力机不同周向转矩系数按周期性的正、余弦曲线变化，且迎风面拐角处的转矩系数普遍高于背风面拐角处的转矩系数，说明迎风面处的风力机对风能的利用率较高。本文通过对有、无风力机的建筑物在不同工况下的流场进行静态及动态数值模拟，得到了详细的流场结构；并分析了有、无风力建筑的横风向力功率谱、风压系数及转矩系数。从而更好的判断风荷载对建筑物的影响，为进一步探索和应用风能建筑提供了借鉴和参考。关键词：大涡模拟；k模型；

6、立轴风力机；高层建筑；风荷载；转矩系数西南科技大学硕士研究生学位论文第II页AbstractAsanewtypeofarchitecturalformforenergysavingandemissionreduction,theintegrationofwindturbineandbuildinghasmadeapositivesignificanceintoday’ssocietywhichvigorouslypromotesthedevelopmentofgreenbuildingandlowcarboneconomy.Firstly,thispaperusesthetur

7、bulencemodeloflargeeddysimulation(LES)tosimulatethe3Dstaticturbulentnumericalcalculationintheflowfield,whichisundertheintegrationofverticalaxiswindturbinesandthehigh-risebuildings.Andobtainsthebuilding’sacross-windpowerspectrumandthecharacteristico