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 | DOI: 10.14529/build240307
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.
