随着城市化进程的发展,将小型风力机与建筑物相结合的供电方式,成为缓解城市缺电问题的有效方法之一。但城市环境内建筑物顶面风流场具有紊流加剧、风速降低的特点。紊流的加剧将降低风力机的运行安全性和使用寿命,而降低的风速将影响风力发电系统的输出功率。因此,有关城市环境内风力机微观选址的研究,对风力机在城市建筑物环境内的推行使用是至关重要的。本文以城市中日益增多的典型单体高层建筑物和非等高建筑物群为研究对象,采用CFD方法,对各类建筑物或非等高建筑物群顶面上方风流场特征进行了研究,初步确定了不同建筑外形、长宽比对单体高层建筑物顶面风力机安装的位置和高度,同时获取了不同布局方式、高度比对非等高建筑物群风力机微观选址的影响。然后通过对某复杂建筑物顶面上方真实风场风速特征的现场试验测量,进一步掌握了建筑物顶面真实风场的风速特征,为形成城市环境内屋顶风力机的有效安装指导提供了一定的理论基础和试验支持。首先,为了确定建筑外形对建筑物顶面风力机微观选址的影响,本文对建筑外形分别为长方体、圆柱体、正方体及椭圆体的4种单体高层建筑物顶面风场特征进行了对比分析,结果表明:具有圆润曲线外形的建筑物比具有棱角钝外形的建筑物更适合风力机的安装;对于具有圆润曲线外形的建筑物,风力机安装高度可适当降低;圆柱体建筑物顶面安装风力机时应首选中心及背风面边缘位置,其安装高度不得低于1.07H;椭圆体建筑物顶面安装风力机时应首选建筑物顶面边缘位置,其安装高度不得低于1.15H;正方体建筑物顶面在迎风面边缘和拐角位置更有利于风力机的安装,其安装高度不得低于1.16H;在长方体建筑物顶面,风力机最适宜安装在迎风面边缘及迎风面拐角位置,且风力机最低的安装高度不得低于1.18H。其次,本文对长宽比分别为0.25、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9的8种长方体建筑物顶面的风流场特征进行了模拟计算,确定了长宽比对长方体建筑物顶面风力机微观选址的影响,结果表明:长宽比越大,其顶面的低风速区域面积就越大,且风速随高度增长越慢,同时其顶面的湍流强度值越大;长宽比越小,适合安装风力机的高度越低,如长宽比HAR=0.25时,最低安装高度为1.118H;当长宽比HAR=0.9时,最低安装高度为1.199H。然后,采用CFD方法,对三种布局不同的非等高建筑物群内风力机的微观选址进行了研究,结果表明:非等高建筑物群内,受最高建筑物尾流效应影响,低矮建筑物顶面TI>18%的区域一直持续到最高建筑物顶面以上,不适合安装风力机;非等高建筑物群内,优先考虑将风力机安装于最高建筑物顶面的前边缘和近前缘区域;前拐角点风力机安装高度最低,高于1.13-1.24H;非等高建筑物群内,当安装高度达到1.4H后,可将风力机安装于最高建筑物顶面的任何位置。再次,对周围建筑物与最高建筑物高度比λ分别为0.3、0.45、0.6、0.75、0.9的5种非等高建筑物群内风力机的微观选址进行了研究,结果表明:建筑群高度比λ越大,湍流强度会越大,建筑物群内最高建筑物受低矮建筑物的影响越大。当建筑物群高度比λ≤0.6时,可以把建筑物群内最高建筑物按照单体建筑物考虑;建筑物群高度比λ越小,适合安装风力机的高度值越低。且各高度比建筑物群内最高建筑物顶面由迎风面至背风面,风力机安装高度逐渐增大。当安装高度达到1.281H后,可将风力机安装于5种建筑物群内最高建筑物顶面的任何位置。最后,采用激光雷达测风仪对内蒙古工业大学能源基地某建筑物周围的风场特征进行试验测量,测量时间为15个月。对多个测量高度同步采集数据。然后对相关数据进行处理,包括获得风速、风向等随高度的变化规律,进一步掌握了建筑物顶面的真实风场的风速特征,为形成城市环境内屋顶风力机的有效安装指导提供了一定的理论基础和试验支持。