太阳能光伏板风荷载体型系数群体遮挡效应数值模拟研究

太阳能光伏电站中光伏板之间的相互遮挡会对其所受风荷载产生一定的影响。首先采用CFD对风向角γ=180°不同仰角下的固定式群体面板遮挡效应进行模拟分析,然后分别采用CFD方法对仰角θ=40°不同风向角下的固定式太阳能光伏板和跟踪式太阳能光伏板群体的风荷载体型系数进行分析比较。结果表明,小仰角下群体面板遮挡效果不如大仰角下显著;在风向角γ=0°及γ=180°下,第二排面板的体型系数最小,从第三排面板开始体型系数值增加并趋于稳定;在风向角γ=45°及γ=135°下,跟踪器面板群各面板体型系数值都要大于固定面板群,跟踪器面板之间的遮挡效果也比较差。最后,根据数值模拟分析的结果,提出了固定式太阳能面板应采用区分设计的结论。     

阵列光伏板风荷载遮挡效应分析

采用CFD方法对阵列光伏板进行平均风压数值模拟分析,得到阵列光伏板的群体风荷载遮挡效应,对平板网架进行结构对比分析,分析结果表明考虑遮挡效应的整体网架支撑系统的用钢量减少很多。     

太阳能光伏板阵列体型系数和最优展平角模拟

为提高光伏板及其支架的寿命,获得最优展平角,本文建立了工程中太阳能光伏板多排阵列模型,对小倾角时所受风压和体型系数进行了数值模拟,并分析了最优展平角和多排阵列的遮蔽效果。结果表明:正风压和背风压下的最优展平角为板平行于风向时的倾角。相同风速下,倾角越大,板表面所受风压越大。光伏板倾斜放置时正风压和背风压时所受风压存在折减,每组的第1排对第2排有较好的遮蔽效果,第2排折减系数最小。倾角越大,各排之间的遮蔽效果越明显。     

建筑屋面光伏阵列风场的模拟

应用计算流体力学Fluent软件,对围绕屋面光伏阵列的风场进行雷诺平均数值模拟。首先通过与已有的风洞试验研究结果进行对比,验证两种雷诺平均模型RNG k-ε和SST k-ω计算屋面光伏阵列风场的可靠性。然后,以20°风向角为间隔,对0°~180°范围的10个风向角分别进行了风场模拟,并得到了已有风洞试验结果的验证。再选取2°和20°两种光伏板倾角,分析它们对屋面光伏阵列风场的影响。最后,在不同光伏板倾角的情况下,分析了0.09,0.41,1.02 m三种光伏板与屋面的间距对光伏板表面风压场的影响。     

地面电站光伏组件风荷载体型系数的数值模拟研究

采用CFD数值模拟方法,对地面电站光伏组件0°～180°共计13个工况进行数值模拟。分析光伏组件上下表面的风压分布,进而分析光伏组件的风荷载体型系数,为光伏组件的风荷载取值提供依据。通过对海南省屯昌县某地面电站的光伏阵风列风荷载体型系数的数值模拟研究,希冀为新能源建设做出一定贡献。     

遮阳光伏电站屋面风荷载体型系数的数值模拟研究

目前,屋面附加光伏系统应用越来越广泛。然而,屋面光伏系统作为遮阳光伏电站还比较少,对此方面的研究也比较少。采用CFD数值模拟方法,对研发楼遮阳光伏电站屋面0°~360°共计24个工况进行数值模拟,分析光伏组件表面的平均凤压,进而分析凤荷载体型系数,为结构设计提供指导意见。     

输电塔体型系数研究

依据某工程的实际情况,建立了输电塔有限元模型,通过ANSYS中的CFD模块计算了输电塔在0°,45°和90°风向角下的体型系数,并与规范中的体型系数作了对比,结果表明:规范给出的体型系数值比数值模拟偏小,规范中钢管塔体型系数的计算方法有待改进。     

联体型双塔建筑静力风荷载的数值模拟

基于Fluent软件,采用雷诺应力模型RSM对六种不同体型的联体型双塔建筑物的静力风荷载进行了数值计算。研究了不同体型双塔间的静力干扰效应,顺、横风向和扭转方向的无量纲荷载系数等问题。分析表明,当风向角为0°且间距较近时,下游建筑位于上游建筑的尾流边界内,抑制了上游建筑尾流的发展,因此上游建筑的平均风荷载较单体时有所减小,而下游建筑的"遮挡效应"则非常显著。由于角部的处理,延缓了上游建筑气流的分离和再附,上游建筑的平均弯矩干扰因子IFm均小于尖角模型的相应值,而下游建筑的IFm均大于尖角模型的相应值。     

太阳能跟踪器光伏面板风荷载体型系数的数值模拟研究

风荷载对太阳能跟踪器结构的稳定性以及跟踪的精确性有很大的影响。首先对各国可用于光伏支架风荷载计算的规范及经验公式进行介绍,然后通过CFD数值风洞对太阳能跟踪器光伏面板简化模型的风荷载体型系数进行了模拟,并把所得到的结果与相应的各国规范及经验公式进行了对比。分析结果表明,在各风向角下,随着光伏面板仰角的增加,其体型系数的均值会不断增大;仰角同为30°的平板与抛物面板的体型系数有较大的差异;ASCE7-10规范不能很好地适用于光伏面板风荷载计算;使用我国规范进行光伏支架设计偏保守,用钢量偏大。根据数值模拟分析以及与不同规范对比分析,提出了适用于现阶段我国太阳能跟踪器光伏面板风荷载体型系数取值的方法。     

大型储煤仓结构的群体风荷载研究

分别采用风洞测试及CFD数值模拟手段对某大型储煤仓群体风效应进行了研究,基于刚性模型测压试验,分别测试了储煤仓表面的外部风压,进而对群体圆壳结构表面的平均体型系数分布、风压均方根分布等进行分析,给出了可直接用于主体结构设计的抗风设计参数。基于CFD数值模拟,计算得到关键风向角下煤仓周围流场分布情况,并通过比较煤仓表面的平均体型系数分布对模拟结果进行验证。     

输电塔塔头平均风荷载的CFD模拟

为了得到典型输电塔塔头的风荷载系数,为抗风分析提供依据,采用CFD方法对其不同风向角时的平均风荷栽进行模拟,并进行对比分析.结果表明:风向角为0°时,输电塔塔头、横担等的顺风向风荷载系数CY与方形格构塔身的顺风向风荷栽系数CY基本相等;风向角为90°时,上游部分风荷载Cx明显比下游部分大,有显著的遮挡效应;当风向与线路...     

CFD modelling of air flow and thermal performance of an atrium integrated with photovoltaics

The thermal performance of an atrium integrated with photovoltaic (PV) modules has been evaluated. Computational fluid dynamics (CFD) was applied to the prediction of air flow and temperature distribution in the atrium. CFD was then used to investigate the effect of ventilation strategies on the performance of PV arrays. CFD modelling indicated that for effective cooling of roof PV arrays, cool outdoor air should be introduced through an opening positioned close to the roof or an air channel underneath the roof.     

交错布局轻型双坡房屋群表面风压特性

为了研究交错布局轻型双坡房屋群表面风压特征及周围风环境,基于流体动力学基本原理和大气边界层理论,采用流体动力学分析软件FLUENT,结合风洞试验数据研究计算域大小、网格数量及湍流模型等关键技术与参数,建立了双坡房屋群的数值风洞模型。以横向疏密系数、纵向疏密系数及风向角为参数,运用数值风洞对轻型双坡房屋群进行60种工况的风压分布特性研究,得到风致干扰效应下房屋群表面风压分布规律;引入干扰因子将目标房屋相对单体的受扰程度量化,得到房屋群的风荷载体型系数;计算了90°风向角下房屋间监测点的风速,借助风速比指标对室外风环境进行评估。结果表明:90°风向角下,交错布局群体房屋的纵向无干扰间距为4L（L为房屋长度）,横向无干扰间距为5B（B为房屋宽度）;房屋群横向间距为0.5B、纵向间距为2L~4L时室外风环境较好。     

山地风场特性及其对输电线路风偏响应的影响

山地风场的复杂性和显著的三维特性是困扰山区输电线路抗风设计的关键问题。该研究采用CFD数值模拟与风洞试验相结合的方法研究典型单山脉地形和双山脉峡谷型地形的三维平均风场和脉动风场特征。由于风洞试验测点数及试验风速的限制，输电线路沿线各点的三维平均风场基于CFD数值模拟得到。由风洞试验获取山脉地形的湍流度、湍流积分尺度、沿线路方向的衰减系数等脉动风场参数，在此基础上采用POD法重构生成输电线路沿线各点的三维脉动风速时程，并分析比较跨越峡谷、山脊的输电线路沿线风场特征。建立连续三跨输电线路有限元模型，采用时域法研究山地风场特性对输电线路风偏响应的影响。研究结果表明：山顶、峡谷处风速显著增大，且气流爬坡将导致局部位置产生上升气流；由于近地风场加速效应的影响，沿山脊布置的输电线路全档风偏响应增幅较大，跨峡谷输电线路其爬坡段风偏响应增幅较大；上升气流主要使导线竖向风偏位移增大；山地地貌下考虑脉动风速的影响，绝缘子串风偏角风振系数宜取1.2~1.3。该研究为完善山区输电线路的抗风偏设计提供借鉴。     

台风作用下网壳结构的风振响应分析

网壳结构的大空间曲面形状特点使得其在台风作用下的风振响应比较复杂,为了克服尺寸效应的影响,得到网壳结构表面风荷载分布规律,在计算流体力学(CFD)和FLUENT技术的基础上,利用常规湍流强度、田浦湍流强度以及石沅湍流强度的计算方法,对某组合网壳结构进行了台风作用下风场的数值模拟,通过分析其表面风荷载分布特性和不同风向攻角作用下组合网壳结构的表面风荷载,确定了组合网壳结构的风压分布规律、表面风压系数分布,最后得到网壳结构的风敏感部位,可以为工程前期抗风设计提供参考。     

输电塔角钢杆件阻力系数及背风面遮挡效应研究

统计分析104个塔身和20个横担节段的几何参数,确定输电铁塔杆件所在平面与铅垂面夹角β的分布范围为0°～15°。基于三维空间风向角下输电铁塔角钢杆件足尺模型风洞试验,获得夹角β=0°～15°(间隔1°)、风向角θ=0°～180°时(间隔5°)的热轧、冷弯单角钢及双拼角钢的风荷载阻力系数,建立输电铁塔角钢风荷载阻力系数数据库及考虑夹角β的修正方法。输电铁塔杆件间距比B/b的分布为7～70,通过风洞试验和CFD仿真分析,确定输电铁塔角钢杆件间距比B/b对背风面杆件风荷载遮挡效应的影响,提出单角钢、双拼角钢背风面风荷载降低系数ηm与间距比B/b的关系曲线。研究结果以期为基于单根杆件阻力系数的输电铁塔及其他高耸桁架结构的风荷载精细化计算提供参考和依据。     

椭圆形平面鞍形屋盖风压的数值模拟

现行<建筑结构荷载规范>并未给出椭圆形平面鞍形屋盖的风荷载体型系数,针对这个问题,基于数值风洞方法具有成本低,速度快,结果采集更为全面等显著优点,利用 CFD 知识,运用 FLUENT 软件,对椭圆形平面鞍形屋盖的平均风压力系数进行了数值模拟,重点讨论了风向角对数值模拟结果的影响,为合理确定椭圆形平面鞍形屋盖的平均风压...     

空冷型自动追光百叶帘式光伏窗的应用研究

简述了国内外光伏技术在建筑窗体上的研究及应用现状,设计了一种自动追光百叶帘式光伏窗,将薄膜太阳能光伏片取代传统百叶帘中的百叶并内置于中空双层窗中,调节室内采光量的同时还能获得电能收益。通过光敏元件的控制使其具有追踪太阳光的能力,光伏百叶倾角的调节过程将形成扰流,加速空冷散热,进而提高光电转换效率。此外,利用不同的工作模式将散热量与室内外进行热量交换,进一步提升了光伏的发电效率,极大降低了室内建筑能耗,在建筑环境与能源应用领域拥有着广大的市场前景。     

Computational analysis of reduced-mixing personal ventilation jets

In this paper we develop a detailed computational fluid dynamics (CFD) model of a personal ventilation (PV) setup comprising a PV nozzle, seated thermal manikin and floor diffuser, then use experimental velocity and tracer gas concentration data for the same setup to validate the CFD model. Specifically, we compare CFD results with the experimental results obtained with both a conventional round nozzle and a novel low-mixing co-flow nozzle directing a PV fresh air jet toward the breathing zone (BZ) of a seated thermal manikin in a thermally controlled chamber ventilated also by a floor diffuser behind the manikin. The CFD model shows excellent agreement with the experimental data. We then exercise the CFD model to study the effect of nozzle exit boundary conditions such as turbulence intensity and length scale, flow rate and temperature, and manikin temperature on the air quality in the BZ of the heated manikin. It is shown that the air quality of the novel PV system is sensitive to the nozzle exit turbulence intensity and flow rate, and insensitive to jet temperature within the 20–26 °C range, and to body temperature within a clo range of 0–1. A companion paper presents in detail the experimental set up and results used to validate the CFD model discussed in this paper.