Геометрическая оптимизация аэродинамики высотного здания с интегрированными ветрогенераторами
Автор: Хазов П.А., Шилов С.С.
Рубрика: Инженерная геометрия и компьютерная графика. Цифровая поддержка жизненного цикла изделий
Статья в выпуске: 3 т.24, 2024 года.
Бесплатный доступ
В статье рассматривается влияние изменения геометрии здания на вовлеченность ветрового потока в рабочую зону ветрогенераторов. Потоки воздушных масс являются одним из альтернативных источников энергии, а геометрия окружающих форм напрямую влияет на эффективность применения ветрогенераторов, интеграция которых в тело здания приобретает в последнее время большую популярность. В качестве метода исследования применялось численное моделирование здания в программном комплексе Ansys CFX. Была выведена геометрическая зависимость длины фасада от других параметров здания. Было рассмотрено шесть форм зданий, имеющих одинаковую площадь этажа в плане. Для более объективной оценки исследование проводилось при различных углах атаки ветрового потока. Для выбора оптимальной геометрической формы применялся коэффициент, показывающий изменение скорости потока внутри рабочей области ветрогенератора по отношению к первоначальной. По результатам было определено, что наиболее оптимальной является форма с небольшим уклоном фасада. Данная форма позволяет направлять воздушную массу в рабочую область ветрогенератора с достаточно высокой скоростью и практически при любом направлении ветра.
Оптимизация геометрических форм, компьютерное моделирование, ветрогенераторы
Короткий адрес: https://sciup.org/147244622
IDR: 147244622 | УДК: 514.85 | DOI: 10.14529/build240307
Geometric optimization of the aerodynamics of a high-rise building with a built-in wind generator
This article examines the influence of changes in building geometry on wind flow in the working area of wind generators. Air flows are an alternative source of energy, and the geometry of the surrounding forms directly affects the efficiency of wind generators, the integration of which into the body of a building has recently become popular. The research used numerical modeling of a building in the Ansys CFX software package. The geometric dependence of the length of the facade on other building parameters was derived. Six building forms with the same floor plan area were considered. For a more objective assessment, the study was carried out using different angles of attack of the wind flow. To select the optimal geometric shape, a coefficient was used that showed the change in air velocity inside the wind generator relative to the original shape. The optimal form is with a slight slope of the facade. This shape allows the direction of the air flow into the wind generator at a fairly high speed and from almost any wind direction.
Список литературы Геометрическая оптимизация аэродинамики высотного здания с интегрированными ветрогенераторами
- Клюзко В.М. Приемы объемно-планировочных решений формирования энергоэффективных высотных полифункциональных зданий, использующих энергию ветра // Архитектура и современные информа-ционные технологии. 2015. № 2 (31). С. 13.
- Белостоцкий А.М., Афанасьева И.Н., Акимов П.А. Ветровое нагружение высотных зданий, сооружений, комплексов (предложение по актуализации свода правил) // Сборник научных трудов РААСН. 2017. Т. 2. С. 104–114. DOI: 10.22337/9785432302212- 2017-104-114.
- Gorji-Bandpy M., Mousaad Aly A. Aerodynamics [Internet]. 2021 [cited 05 December 2021]. Available at: https://www.intechopen.com/books/8558. DOI: 10.5772/intechopen.78935.
- Кошин А.А. Анализ динамического воздействия воздушного потока на тандем моделей высотных зданий // Вестник ТГАСУ. 2014. № 2. С. 134–141.
- Experimental and numerical study of the effect of the coating on the characteristics of the wind flow be-tween adjacent buildings / D. Gelbashts, A. Buyruk, B. Sahin et al. // 8-th International Conference on Advanced Technologies. Elazig, 2017. P. 1648–1655.
- Mohamed А. Comparison of the numerical study of the effect of building protrusion aerodynamics with the results of aerodynamic tests / А. Мохамед, К. Уайт, С. Уоткинс // 15th Australian wind energy society workshop. Sydney, 2012. 4 p.
- Леденев П.В. Возможности численного моделирования в проблеме определения аэродинамических нагрузок на плохообтекаемое препятствие в турбулентном потоке // Материалы VIII международной школы-семинара «Модели и методы аэродинамики». М.: МЦНМО, 2008. С. 96–97.
- Айрапетов А.Б., Вышинский В.В., Катунин А.В. Расчетные и экспериментальные исследования обтекания высотных зданий и сооружений атмосферным ветром в условиях городской застройки // Труды МФТИ. 2017. Т. 9. № 2. С. 5–12.
- Перминов Э.М. Ветроэнергетика: история, состояние, перспективы // Вестник Московского энергетического института. 2020. № 5. С. 11–26.
- Елистратов В.В., Боброва Д.М. Ветроэнергетические установки – архитектурный элемент здания // Архитектура и современные информационные технологии. 2013. № 2 (23). С. 8.
- Груничев И.А. Архитектурные принципы интеграции ветрогенераторов в малоэтажных зданиях в зонах прибрежных территорий // Градостроительство и архитектура, 2015. № 12. С. 26–31.
- Karadag I., Yüksek I. Wind Turbine Integration to Tall Buildings // IntechOpen. 2020. P. 15. https://doi.org/10.5772/intechopen.91650;
- Li Q.S., Shu Z.R, Chen F.B. Performance assessment of tall building-integrated wind turbines for power generation // Applied Energy. 2016. Vol. 165. P. 777–788. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2015.12.114
- Stankovic S., Campbell N., Harries A. Urban Wind Energy. London: Taylor & Francis Group, 2009. 200 p. https://doi.org/10.4324/9781849770262
- Хазов П.А., Поздеев М.Л. Оптимизация форм энергоэффективных зданий с ветрогенераторами // Приволжский научный журнал. 2021. № 4. С. 55–63.
- Smith, Richard F. Bahrain world trade Center (BWTC): The first large-scale integration of wind turbines in a building / Richard F. Smith, Shaun Killa // The Structural Design of Talland Special Buildings. 2007. Vol. 16, № 4. Р. 429–439. DOI: 10.1002/tal.416
- Frechette Roger, Russell GilchristTowards Zero Energy. A Case Study of the Pearl River Tower, Guang-zhou, China // CTBUH 2008: 8th World Congress. Dubai. 2008. Р. 11.
- Мягков М.С., Алексеева Л.И. Особенности ветрового режима типовых форм городской застройки // Архитектура и современные информационные технологии. 2014. № 1(26). С. 15.
- Лампси Б.Б., Шилов С.С., Хазов П.А., Февральских А.В. Определение аэродинамических коэффициентов большепролетного покрытия экспериментальным методом // Приволжский научный журнал. 2021. № 3. С. 17–24.
- Лампси Б.Б., Шилов С.С., Хазов П.А.Численное и физическое моделирование ветровых потоков на большепролетное покрытие // Вестник МГСУ. 2022. № 1. С. 21–31.
- Темам Р. Уравнения Навье – Стокса. Теория и численный анализ. 2-е изд. М.: Мир, 1981. 408 с.
- Вальгер С.А., Федорова Н.Н., Федоров А.В. Структура турбулентного отрывного течения в окрестности установленной на пластине призмы с квадратным сечением // Теплофизика и аэромеханика. 2015. Т. 22, № 1. С. 29–42.
- David C. Wilcox. Turbulence modeling for CFD. California. DCW Industries. Third edition. 536 p.
