2016年第10期（总第409期）
节能
ENERGY CONSERVATION
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集成在建筑上的达里厄型风机气动性能的数值模拟
王浩鹅，王俊秋，张伟，陈国平
（西南科技大学土木工程与建筑学院，四川绵阳621010）
摘要：风能在建筑中的应用已经成为研究的热点。基于计算流体力学方法，采用滑移网格技术和SST-@漓流模型，对风力机与建筑一体化二维模型的绕流流场进行了数值模拟，考察了风力机在不同来流速度和转速下的气动性能，分析了来流速度和尖速比对风力机平均转矩系数和平均功率系数的影响，总结了能量利用效率随突速比变化的规律。研究表明：逆风面的风力机能有效提高平均功率系数，最佳尖速比接近2。
关键词：高层建筑；滑移网格技术；满流模型；尖速比；平均功率系数
中图分类号：TK83文献标识码：A文章编号：1004-7948(2016)10-0047-05 doi:103969/j. issn. 1004 7948. 2016. 10. 010
引言
在可再生能源的开发利用中，风电是除水电之外，技术最成熟、最具开发规模和商业化发展前景的发电技术"]。风能与建筑一体化设计理念很好地综合了人们对环保与节能的要求，适用于城市土地资源紧缺的状况，而直运行费用箱对较低，降低了电力输送的成本和损耗。伴随着现代化和城市化的发展与风力发电技术的进步，利用建筑环境中的风能发电对实现建筑可持续化发展、缓解能源与环境矛盾具有重要而深远的意义，建筑与风电一体化必将成为城市绿色节能建筑未来发展的主流方向。
1997年，国外学者Stathopolous对建筑物表面的风作用和其周围的流场环境进行研究(2]；1995 年Tamura3]、1997年Murakami[4)、1998年Lar-son(5)等分别对风与结构之间的相互作用做了探讨;1998年，Song和Hel)对建筑物和结构物周围风环境的相关问题进行了研究；2003年，Sander Mertenst"采用数值模拟的方法分析几种建筑形式，发现合理的建筑形式可以提高风能的利用率。还研究了屋顶流场的分布，提出了垂直轴风机比水平轴风机更适合安装在屋顶。AndreaMJones根据计算流体动力学原理，研究了在城区中利用单体建筑进行风能利用的效果，通过流体动力学原理评
基金项自：西南科技大学大学生创新基金项目（项目编号：CX16
(980
万方数据
估计算程序对单体建筑利用风能效果的计算。 2004年，Ken-ichiAbe、YujiOhyal*)使用软件模拟分析了一种具有折边的扩散体建筑形式周围的流场，研究了此种建筑形式在进行风能利用时的特性。
文中基于计算流体力学方法，选定有效的满流模型，利用数值计算软件对一种垂直轴风力机与高层建筑一体化设计进行二维绕流风场模拟，分析风力机在不同来流速度（6m/s、9m/s和12m/s）和不同转速（TSR=1、2、3、4和5）下的平均转矩系数和平均功率系数，找出各速度下的最优尖速比。为实际工程中风力机与建筑一体化设计提供理论依据。
1物理模型及计算方法 1.1模型及计算区域
达里厄型风力机是典型的利用翼型升力做功
的垂直轴风力机。其叶片具有囊型部面，空气绕叶片流动形成转矩，使叶片旋转时几乎在360°内都有升力产生，拥有优越的空气动力特性和良好的工作效率。相较于水平轴风力机，工作过程噪声小且稳定，可以在低风速下启动，抗风性能好。达里厄型风力机有多种形式,文中研究的是3叶片H型。叶片翼型的相关参数如表1所示。
表1叶片翼型的相关参数
对象叶片支撑肾臂
弦长/mm 490 250
厚度mm 88.2 45
跨度/mm 2600 0081
数量 3 6