本文主要是通过体型系数规范现状、对于太阳能阵列体型系数的疑问、计算流体力学(CFD)、CFD数值仿真太阳能阵列、计算结果分析和结论几个部分来阐述基于CFD数值仿真下的“太阳能阵列空气动力学”。
1. 体型系数规范现状:
从国内《建筑结构荷载规范》定义其体型系数的缺点来看,主要有:只规定了单体建筑,对于群体建筑不适用;只规定了简单建筑结构,对于复杂的建筑结构不适用;没有适合于光伏电站设计的对应体型系数。
目前,对特殊建筑体型系数,通常情况下会另外做研究计算,做模拟风洞实验,比如:2005年,北京首都机场3号航站楼风载荷和响应研 究;2005年,广东新白云国际机场机库风载荷体型系数研究;2009年,大跨度机库结构风载荷体型系数研究;2010年,输电钢管塔体型系数风洞实验研 究。
2. 对于太阳能阵列体型系数的疑问:
目前我们是将太阳能所有排体型系数设为同一值,但问题是“能不能使用各个排的实际体型系数?”如果可行,好处是:可节省材料消耗,以及降低光伏电站建设成本。
3. 计算流体力学(CFD):
计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,简称CFD) ,是利用高速计算机求解流体流动的偏微分方程组,从而改进设计的一门学科。目前在航空航天等工程领域都有广泛的应用。
CFD准确性的探究,小实验:
CFD模拟计算双坡屋面的体系系数,最后得出的结果与国内《建筑结构荷载规范》对双坡屋面的体型系数定义基本一致。
4. CFD数值仿真太阳能阵列:
计算域(类似于风洞室)长240m,宽180m,高100m,十排阵列,风速30m/s,导入计算。
5. 计算结果示意:
侧视:顺风逆风速度云图,压力云图。
顺风板1正面体型系数等值线图
顺风板1背面体型系数等值线图
逆风各板体型系数:
6. 结论
CFD仿真计算得出了两大结果:阵列体型系数,迎风面最大,中间排最小;阵列受到风压,迎风面最大,中间排最小。因此,按实际体型系数建设光伏电站,将大大减少用钢量,大大减少建材的浪费,获得最大的收益。