随着能源危机的加剧和人们环保意识的增强,风能作为一种清洁、无污染的可再生能源,已受到世界各国的高度关注。在建筑环境中利用风能发电具有免于输送的优点,能够很好的解决偏远地区的供电问题,对于无电居民的意义重要。本文以建筑物周围风能利用为出发点,采用理论分析与CFD数值模拟相结合的方法,分析建筑物周围三维风场的基本状况,重点探讨建筑物屋顶上方的风速与湍流强度随高度的变化情况,为在建筑物屋顶安装风力机提供理论支持。首先,本文采用CFD数值模拟的方法主要对单个平顶建筑物、单个尖顶建筑物和两个相邻平顶建筑物周围的风场进行分析,利用风速和湍流强度两个因素探讨了不同类型建筑物屋顶上方适合安装风力机的高度。结果表明:不同屋顶类型的建筑物对风能都有一定的集结效果,屋顶上方的风速能够提高20%,可以使风力机获得较高的风能;流经建筑物的风流由于发生紊乱而使湍流强度也随之增大,建筑物屋顶中部的湍流强度最大;对比平顶建筑物和尖顶建筑物的风场,可以得出不同的屋顶形式对风场的影响很大,其在屋顶安装风力机的高度也不尽相同;对于两座相邻的建筑物,由于前方建筑物的阻挡,后方建筑物屋顶的风速有所降低,适合安装风力机的高度随之增加。此外,通过模拟不同高度的建筑物周围的风场可以得出,随着建筑物高度的增加,屋顶安装风力机的高度也随之增大。对于平顶建筑物,屋顶安装风力机的高度一般不低于建筑物高度的1/3。其次,本文利用未安装风力机的建筑物周围风场模拟的结果,重点分析了单个平顶建筑物在屋顶安装风力机情况下的风场情况。通过考虑风力机尾流的影响,进一步探讨了风力机在屋顶安装的布局与高度。分析表明,风力机的尾流对建筑物屋顶的风场具有很大的影响,可以直接影响到风力机的安装位置和高度,结合风场和风力机尾流的特点给出了单个平顶建筑物屋顶风力机安装的布局。在实际安装过程中应充分考虑风力机尾流的影响,在屋顶有限的空间内合理布局风力机的安装位置,实现风能利用的最大化。最后,针对建筑物周围风能的利用,本文设计了一种可适用于建筑物屋顶的额定功率为300W的螺旋型垂直轴风力发电机,确定了风力机的尺寸参数。为了研究螺旋型风力发电机的实际性能,进行了吹风实验的实验方案和实验装置论证和设计,并对不同的叶片安装倾斜角度、不同的叶片和支架的安装角度进行试验,试验结果表明了螺旋型风力机的应用可行。