Оптимизация с-х энергетических установок - Влияние зданий, расположенных рядом с ветроустановкой, на аэродинамику воздушного потока

ВЛИЯНИЕ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ И ЖИЛЫХ ЗДАНИЙ, РАСПОЛОЖЕННЫХ РЯДОМ С ВЕТРОУСТАНОВКОЙ, НА АЭРОДИНАМИКУ ПОСТУПАЮЩЕГО К НЕЙ ВОЗДУШНОГО ПОТОКА
Ветроэлектрическую установку размещают, как правило, на открытой местности. Однако по разным соображениям ветроагрегат приходится устанавливать недалеко от строительных сооружений различного назначения, что создает как экологические, так и технические проблемы. Низкочастотные колебания, развиваемые ветроколесом, опасны для здоровья человека и животных, вредны для птиц и насекомых. Воздушный поток, идущий за ветроустановкой, может оказать отрицательное влияние на окружающий растительный мир.
Расположенные вблизи здания могут оказать существенное влияние на интенсивность потока ветра в приземном слое и, следовательно, на эффективность установленной рядом ветроустановки. Поэтому этот вопрос представляет практический интерес.
В научной литературе имеется ряд публикаций, посвященных этой проблеме. Так, в работах Н.Г. Максимкиной и других приводятся результаты исследований обтекания здания воздушным потоком в приземном слое атмосферы [31, 32]. Многочисленные испытания для определения зоны аэродинамической тени за зданием провел Г. Эванс на моделях с параллелепипедами при вариации высоты, длины и ширины [33]. На рис. 3.8 изображена часть полученных картин, указывающих на протяженность заветренной области.
Обработав результаты испытаний, автор предложил формулу для расчета относительной протяженности заветренной области
(3.50)
где хзав — длина заветренной области; Н — высота здания; Ln В — его длина и ширина.
Эта формула применима при направлении ветра под прямым углом к продольной стене. Опыты показали, что при уменьшении угла а между скоростью ветра и продольной стеной здания длина торможения воздушного потока уменьшается.
Результаты аналогичных исследований приведены в работе [34]. На рис. 3.9 показана протяженность ветровой тени за зданием. Подобная картина, полученная при расположении ВЭУ за зданием, изображена на рис. 3.10. Автор предложил расчетные формулы для определения кривизны R ветровой тени при различных значениях соотношения L/ В:

Рис. 3.8. Заветренные области зданий при изменении высоты последних


Рис. 3.9. Геометрическая схема ветровой тени за зданием

Рис. 3.10. Картина ветровой тени за зданием при наличии ветроэнергетической установки

Приведенные выше результаты исследований не отражают степень влияния скорости ветра на величину заветренной области. Кроме того, не учитываются закономерности аэродинамики воздушного потока, в особенности за зданием.
Обтекание воздушным потоком здания сопровождается отрывными явлениями и вихреобразованием, что приводит к потере напора потока. Об этом свидетельствуют экспериментальные исследования, выполненные Э.И. Реттером [35].
Аналогичные исследования были выполнены Г.М. Позиным [36]. Вырисовки из полученной картины течения при обтекании потоком теплиц показаны на рис. 3.11. Из приведенного рисунка видно, что за пролетами сооружений теплиц имеются мощные вихреобразования. Вследствие этого интенсивность воздухообмена в шатре теплиц различна.
Обобщенный обзор взаимозависимости ветряного потока и препятствий в виде сооружений приведен в работе [37].

Рис. 3.11. Схема воздушных потоков вблизи теплиц и в теплицах при расположении последних на небольшом расстоянии друг от друга
Приведенные результаты не могут считаться вполне достоверными, хотя они и указывают на общую картину течения. Исследования проводились на гидролодках, которые не отражают полностью действительную структуру турбулизации потока. По нашему мнению, исследования по определению структуры потока и ветряной след за зданием должны проводится методами визуализации течения. Среди известных методов визуализации предпочтение следует отдавать оптическим [38, 39]. Они имеют ряд преимуществ: нет непосредственного взаимодействия с исследуемым объектом; легко регулировать режимы течения.
На практике пользуются шлирен-методом, теневым и интерферометрическим. Наиболее распространенным является шлирен-метод — так называемый метод Теплера. По этому методу изменение освещенности пропорционально градиенту плотности в исследуемой области в направлении, перпендикулярном к кромке ножа, помещенного перед экраном или фотопленкой. В установке Теплера свет от источника проходит через щель параллельно кромке ножа. Мы рекомендуем использовать установку ИАБ-458.
В последнее время появились установки, использующие шлирен-метод с цветным изображением, что позволяет получить более четкую картину течения.
Именно методами оптической визуализации можно выполнить наиболее подробные и достоверные исследования для качественной и количественной оценки влияние близлежащих зданий на аэродинамику ветроэнергетических установок.