[发明专利]一种低矮建筑双坡屋顶风力机微观选址的方法

权利要求书

1.一种低矮建筑双坡屋顶风力机微观选址的方法，其特征在于，依次包括如下步骤：

(1)根据所需安装风力机的低矮建筑，加工设计满足风洞试验中阻塞率要求的双坡屋面低矮建筑模型，并安装在风洞实验室的转盘上；

(2)设计加工测压排管，在双坡屋面低矮建筑模型的顶部不同位置、不同高度布置测压排管，排管测针的进风口与来流风向平行，另外一端通过管线连接到压力扫描阀；

(3)压力扫描阀放置在双坡屋面低矮建筑模型内部，压力扫描阀的线路和参考压力管通过转盘上的预留孔连接在外部的采集系统连接；

(4)在风洞根据风速比设定风速大小并启动风速；

(5)根据频率比设定风速和风压测点的采样频率及采样时间，同步采集双坡屋面低矮建筑模型屋顶的排管压力、来流风速和参考压力；

(6)根据测量的数据，计算得到屋顶不同高度和位置处湍流强度、脉动风速谱和风能放大因子；

(7)在双坡屋面低矮建筑模型的屋顶布置不同数量的垂直轴风力机，测量垂直轴风力机的气动力，并计算布置风力机后的尾流流场和风力机的升力系数、阻力系数和总的气动力系数；

(8)对比分析布置垂直风力机前后同位置低矮建筑屋顶风场的差异，改变风力机在屋顶分布情况，重复测量屋顶风场和垂直轴风力机的气动特性，根据对比结果设计优化垂直轴风力机的布置方案，最终确定最佳风能利用方案，进而实现低矮建筑双坡屋顶风力机的微观选址。

2.根据权利要求1所述的一种低矮建筑双坡屋顶风力机微观选址的方法，其特征在于，步骤1)中所述加工设计满足风洞试验中阻塞率要求的双坡屋面低矮建筑模型具体包括：所述双坡屋面低矮建筑模型的大小根据风洞实验的试验段的截面尺寸选定合理的缩尺比加工而成，所述双坡屋面低矮建筑模型的长度和宽度的比例为3:1，所述双坡屋面低矮建筑模型的屋顶坡度范围为3°～45°。

3.根据权利要求1所述的一种低矮建筑双坡屋顶风力机微观选址的方法，其特征在于，所述步骤2)具体包括：所述测压排管通过金属细管和金属圆管制成，所述金属细管的长度为15cm，间隔10cm均匀的布置在金属圆管上；所述金属细管进风口对准来流方向，且端口位置切割、打磨成光滑的圆角；另外一端连接软管并通过变径接头连接到压力扫描阀上；在开始低矮建筑双坡屋顶风力机微观选址之前，在空风洞中通过开启不同的风速标定出系数，并根据公式(1)将测量的风压换算成风速，

式中，V为风速，p₀为参考静压；ρ为空气密度；P为测量的压力，α为标定的系数。

4.根据权利要求1所述的一种低矮建筑双坡屋顶风力机微观选址的方法，其特征在于，步骤6)中所述计算得到屋顶不同高度和位置处湍流强度、脉动风速谱和风能放大因子，计算公式为：

式中，I为湍流强度；u'为湍流脉动速度的均方根；U为平均风速；

式中，S_m脉动风速谱，f为频率，为脉动风速功率谱和力矩功率谱σ_m²风速程的均方值；

式中，C_wi为风能放大因子，U₀为各测点不同高度处对应的风速；U_i为安装风力机后各测点不同高度处对应的风速。

5.根据权利要求1所述的一种低矮建筑双坡屋顶风力机微观选址的方法，其特征在于，步骤7)中所述计算布置风力机后的尾流流场和风力机的升力系数、阻力系数和总的气动力系数具体计算公式为：

式中，C_L为升力系数；dF_L为所关心叶片局部区域(dS)测量的升力，ρ为空气密度，V为来流风速；

式中，C_D为阻力系数，dF_D为所关心叶片局部区域(dS)测量的阻力，ρ为空气密度，V为来流风速；

式中，C_t为总的气动力系数；dF_t为所关心叶片局部区域(dS)测量的总的气动力，ρ为空气密度，V为来流风速。

6.根据权利要求1所述的一种低矮建筑双坡屋顶风力机微观选址的方法，其特征在于，步骤7)中所述在双坡屋面低矮建筑模型的屋顶布置不同数量的垂直轴风力机，测量垂直轴风力机的气动力具体包括：在垂直轴风力机的其中一个叶片上布置测压孔，采用内径为1mm的金属管一端连接测压孔，并与叶片的表面齐平，另外一端连接测压软管，软管与压力扫描阀连接，信号由采集系统收集并记录。