世界能源紧缺问题越来越严重,石油和煤炭等传统能源的使用不可避免地造成环境污染,屋顶风能作为一种清洁的可再生能源,具有开发、利用便捷和成本低等优点,因此,屋顶风能的开发能够在一定程度上缓解上述问题。目前,大部分关于屋顶风场的研究集中于单个建筑,对不同建筑尺寸考虑较少,常用的研究手段是数值模拟,针对屋顶绕流这种较为复杂的现象,数值模拟的结果不太准确,基于上述不足,本课题通过风洞试验对不同尺寸的高层建筑屋顶风场进行了系统和深入的探讨,基于风洞试验的结果,研究了屋顶风能分布和风机布设策略。高层建筑屋顶不同区域的风场特性对风机的安装有着重要的参考意义,论文对此展开了详细研究。定义了风速比值、湍流强度比值、倾斜角和偏航角四个参数,由浅及深地分析了屋面9个特征位置的风场特性沿高度的变化,基于对风能利用效率和风机维护成本的考虑,本文进一步研究了不同区域最大风速比值、最小湍流强度比值及其对应的高度。由于各个城市的主导风向是不同的,因此,对无主导风向下的屋顶风场特性进行探讨是十分必要的,假设不同来流风向角出现的频率相同,对不同来流风向角下的风场数据进行平均,进而得到无主导风向下屋顶风场分布。研究结果表明,0°和22.5°来流风向角下,距屋面较近区域的风速比值极小且湍流强度比值极大,当来流风向角增加到45°时,测点底部的风速比值急剧增大且湍流强度比值急剧减小,其中,来流方向平行的测点表现得最为突出。为了研究建筑尺寸对屋顶风场的影响,分别选取高宽比为3、5和7,宽厚比为1、2和3的建筑模型进行分析。本文对屋顶风场特性随建筑尺寸的变化进行了探讨,结果表明,底部风速比值随着建筑高宽比的增大而增大,湍流强度比值随着建筑高宽比的增大而减小,宽厚比的影响与高宽比相反,当建筑宽厚比增大时,底部风速比值减小且湍流强度比值增大。在此基础上,进一步分析了最大风速比值、最小湍流强度比值以及对应的高度随建筑尺寸的变化,考虑到倾斜角对风机的运行也会产生较大的影响,研究了建筑尺寸对屋顶最大倾斜角及相应高度的影响,结果表明,相较于高宽比,最大倾斜角对宽厚比的变化更加敏感。基于风洞试验的结果,本文对屋顶风能分布和风机布设位置进行了探讨。通过定义风能放大因子对高层建筑屋顶风能的分布进行了评估,分析和总结了屋面不同区域、建筑高宽比、宽厚比和来流风向角对屋顶风能分布的影响。研究发现,屋顶的最大风能因子达到了1.61,对应的高度比值仅为1.02,这表明风机在距屋顶较近的区域也能捕捉到较大的风能。基于建筑屋顶平均风速和湍流强度,结合目前国内外常用的规范,研究了屋顶风机的适宜安装位置及对应的风场情况,结果表明,0°和22.5°来流风向角下,和迎风面测点相比,背风面测点的风机安装高度更低,当来流风向角增加到45°时,水平轴风机的最低安装高度降低,高度比值均在1.1以下,特别是来流方向平行的测点,其水平轴风机的最低安装高度最低,与文献中数值模拟的结果相比,本文的试验结果较低。本文还探究了建筑高宽比和宽厚比对屋顶风机安装高度的影响,研究发现,当高宽比增大时,水平轴风机的最低安装高度降低,宽厚比的影响结果与高宽比相反,水平轴风机的最低安装高度随着宽厚比的增大而增加。