超大型冷却塔单塔外表面风荷载三维效应及其设计取值

风荷载是冷却塔设计的控制性荷载,规范中将沿高度、环向变化的平均风压系数分布曲线 简化为沿高度不变的分布曲线 ,该简化可能会对某核电站200m高超大型冷却塔的设计产生不利影响。首先,本文基于刚性模型测压风洞试验获得了该超大型冷却塔单塔的平均风压系数三维曲线 ,对外表面风荷载三维效应进行了分析;然后,采用有限元方法对三维曲线 与简化曲线 产生的风致响应进行了比较,并对结果产生原因进行了分析。结果表明：外表面风荷载三维效应显著,两端的阻力系数显著大于中段;尽管简化曲线 低估了结构的风荷载,但由于冷却塔风致响应与荷载分布形式更为密切相关,其产生的风致响应与三维曲线 基本相当,该简化可满足该冷却塔的设计要求。     

大型冷却塔表面风压分布特性的试验研究

为研究冷却塔壁面粗糙度对其绕流特性的影响,该文采用在冷却塔壳外表面粘贴均匀粗糙度壁纸的方法,对某115 m双曲冷却塔1∶150的刚性模型进行风洞测压试验。通过喉部位置风压曲线与规范曲线的吻合程度确定合适粗糙度的壁纸,之后在该目标粗糙度下,对整个模型表面的风压分布特性进行细致研究。结果表明:沿冷却塔子午线方向,平均风压最大负压值出现在喉部位置;阻力系数的大小超出了规范值,并呈现出两端大中间小的特征;同时冷却塔上下两端的平均和脉动风压分布均表现出显著的三维效应,因此进行冷却塔抗风设计时,有必要对端部进行重点加固。     

模型表面粗糙度对冷却塔风荷载的影响

采用两种粗糙条数量和五种粗糙条厚度分析模型表面粗糙度对冷却塔风荷载的影响,应用本征正交分解法(POD)进行风压点的加密和重构,分析不同粗糙度下冷却塔的风压分布和总体受力,并将试验结果与规范、以往的实测和风洞试验结果进行比较.研究发现:冷却塔模型的表面越光滑,喉部附近B层测点最人负风压的绝对值越大;当模型表面粗糙条数量增...     

大型冷却塔风荷载的数值模拟研究

针对单体和双塔情况下冷却塔的风荷载进行CFD数值模拟计算,获得冷却塔表面的压力系数。单个冷却塔CFD模拟的结果与规范数据比较接近,说明CFD方法的准确性,同时也发现一些偏差,并对偏差产生的原因进行分析。研究了因雷诺数不同而导致的单塔缩尺效应,发现实尺和缩尺模型的计算结果在最大正压和平台区有差别。分析双塔之间的干扰作用,针对不同风向角可分为尾流直接作用、尾流和临近干扰共同作用、临近干扰作用三个区域。     

超大型冷却塔随机风振响应分析

冷却塔在随机风荷载激励作用下,动力响应具有小变形、弱非线性特点,固有频率在低频段密集分布,模态之间耦合效应较为明显.基于冷却塔刚体模型表面同步测压风洞试验结果,以非定常气动力作为输入荷载,考虑冷却塔多模态之间耦合效应,利用虚拟激励法和振型迭加法进行结构随机风振响应分析.定量地比较了结构风振响应中背景分量和共振分量的贡献,研究了参振模态数目、力谱交叉项和结构阻尼比等参数的作用效果,并与冷却塔气弹模型测振风洞试验结果进行了比较.     

超大型冷却塔风致干扰效应试验研究

设计加工了1:200缩尺比某超大型冷却塔气弹模型和刚体测压模型,对不同塔距双塔组合、四类典型工程场地单塔风振响应进行气弹模型测振风洞试验,比较了双塔塔距、来流方向角和流场条件对于冷却塔塔筒风振系数的影响;结合东南沿海某工程场地冷却塔群塔及周边建筑物组合形式,采用刚体模型测压试验和气弹模型测振试验比较了复杂场地条件多塔比例系数和风振系数,表明工程场地中与冷却塔同等尺寸其他建筑作为施扰物的重要影响。上述试验结论与我国冷却塔荷载规范进行了详细对比,指出现行规范在适用新建超大型冷却塔工程需要改进的方面。     

大型冷却塔双塔干扰的风洞试验研究

采用风洞试验方法研究双塔情况下冷却塔的风致干扰问题,通过增加模型表面粗糙度的方法以补偿模型试验的雷诺数效应,应用POD方法进行风压点的插值和加密,计算单双塔的阻力系数、升力系数和底部剪力系数,并分析干扰系数随塔间距、风向角的变化规律。研究表明,单塔情况下,平均阻力系数较大,平均升力系数为零;阻力系数和升力系数的标准差数据相当。双塔情况下,阻力系数的平均值和极大值对应的干扰系数几乎相同;对于升力系数极大值的干扰系数,大部分数据大于1,最大的数据达1.75。     

180 m高三管集束式钢烟囱风荷载特性风洞试验研究

为系统研究180 m 三管集束式钢烟囱风荷载分布模式和时变特性,以国内某在建180 m 高三管集束式钢烟囱为研究对象,通过同步刚体测压风洞试验,得到了不同风向角下三管集束式钢烟囱各排烟筒表面平均与脉动风荷载.在此基础上,对比分析了典型风向角下三个排烟筒表面平均风压、脉动风压、升/阻力系数和整体平均体型系数的分布规律,并...     

双曲冷却塔表面三维绕流特性及风压相关性研究

为探究双曲冷却塔表面的三维绕流特性以及空间相关性,以某大型冷却塔为例进行刚体模型同步测压风洞试验,对表面平均和脉动风压分布以及环向和子午向的相关性进行了分析。研究发现,冷却塔的长细比较小,上下端均存在明显的三维绕流特性,并以塔筒上端尤为显著;端部效应主要表现在侧风区平均风压幅值下降、脉动风压激增、平均和脉动风压幅值最大点的后移以及风压环向相关性减弱。风压的环向相关性可以分为两个区域：“相关区域”(0°≤|θ|≤100°)和“非相关区域”(100°≤|θ|≤180°),其子午向相关性可以分为三个区域：“强相关区”(0°≤|θ|≤100°)、“弱相关区”(100°≤|θ|≤150°)以及“中等相关区”(150°≤|θ|≤180°);这使得冷却塔表面风压的双向(空间)相关性只存在于0°≤|θ|≤100°范围内。另外,在迎风点和侧风点,平均风压和脉动风压基本同时达到幅值的峰值,并且在环向和子午向存在极高的相关性,这都将显著增加风压分布的环向不均匀性以及风致结构响应。     

超大型冷却塔风荷载时程响应及动力抗风性能分析

采用风洞实验测试和人工生成的方法分别获取某电厂220 m高超大型冷却塔达文波特风压时程数据,并基于国内规范和特征值屈曲建立了结构模型,采用有限元计算方法分析了风荷载动力抗风特性,并对结果进行了对比分析。结果表明:人工生成风压时程结构响应大于风洞实验实测风压响应,人工生成风压时程作用下整体位移和所提取单元各层壳应力均有较大幅度的波动,总体应力状态远低于混凝土强度设计值;在动力风荷载作用下,结构变形最大位置位于迎风面塔体喉部,应力最大位置位于迎风面塔体下部;基于特征值屈曲建立的结构模型整体变形大于国内规范建立模型变形值。研究成果可为超大型冷却塔表面风荷载取值和相关技术规范修订提供参考。     

等效静风荷载下超大型冷却塔受力性能分析

首先概述了某超大型冷却塔群塔内外表面测压风洞试验结果,结合表面压力极值分布关系、多塔比例系数和风振系数描述了冷却塔等效风荷载作用特点。采用有限元计算方法,分析了冷却塔在重现期设计风速作用下内力及变形分布,验算了冷却塔筒体局部弹性稳定性。考虑冷却塔混凝土材料及几何非线性,初步探讨了冷却塔在静风荷载作用下的极限承载力。分析过程着重比较了内压效应、外表面极值荷载分布模式、端部效应、风剖面幂指数、多塔干扰效应对于冷却塔的影响。     

不同四塔组合形式对特大型冷却塔局部非高斯风压分布影响研究

非高斯脉动风压是引起冷却塔局部风荷载过大的重要因素之一,群塔干扰会显著改变冷却塔表面风压非高斯分布模式。四塔组合是火/核电厂冷却塔群最常见的组合形式之一,以在建世界最高冷却塔（220 m）为研究对象,针对工程中最典型的串列、矩形、菱形、L形和斜L形五种四塔方案进行刚体测压风洞试验。在此基础上,系统研究不同四塔组合形式冷却塔风压信号的幅域和时域特性,并针对考虑四塔干扰效应的冷却塔二维和三维峰值因子取值问题进行对比探讨,分析不同四塔组合方案对冷却塔风压非高斯特性的影响规律。研究表明,串列、矩形、菱形、L形和斜L形方案分别较单塔工况非高斯区域增加了11%、63%、56%、89%和30%,采用基于高斯分布假定的峰值因子法进行冷却塔群极值风压计算将引起较大的误差。串列和斜L形四塔方案峰值因子分布受塔群干扰影响较小,而矩形、菱形和L形方案峰值因子较单塔明显增大,部分区域峰值因子达到6.5以上。该文研究从机理上分析四塔组合冷却塔群局部风压过大的形成原因,也为进一步探讨不同四塔组合冷却塔群表面极值风压奠定了基础。     

基于径向基函数的冷却塔风场重构

采用径向基函数法根据风洞试验结果对冷却塔的塔筒外表面进行风场重构,比较了重构前后喉部高度处迎风点和背风点的时程风压系数的相对误差,得出当体型常数C=0.5 C_max时（C_max为C值的最大取值）,在整个采样时间内绝大多数时程风压系数的相对误差在5%以内;将若干子午线上和环线上的重构结果与刚性模型测压风洞试验结果进行对比,证明了重构前后风压系数分布一致;分析了径向基函数中3种不同的C值对重构风场的影响,得出在这3种C值重构的结果中,取C=0.5 C_max时重构的效果最好;最后比较了两种不同点集密度重构风场的风场特性,得出加密前后风场特性不变的结果,为优化后续的结构瞬态动力响应分析提供了依据。该文研究表明,基于径向基函数法进行冷却塔风场重构是一种简单、有效的方法。     

角钢输电铁塔横担角度风荷载系数取值研究

完成了10 m/s、15 m/s和20 m/s来流风速下的2个角钢输电铁塔横担模型风洞试验,得到了19个风向角下横担的风轴阻力系数,分析了横担角度风系数、横线向和顺线向风荷载分配系数,构造了角度风系数函数并通过非线性拟合分析确定了拟合参数。在假定阻力系数相同的前提下,分别计算了由风洞试验和规范确定的横担有效投影面积。将试验确定的横担角度风荷载计算参数与国内外规范值进行了对比分析,提出了横担阻力系数、角度风系数和荷载分配系数的取值建议。中国规范计算横担阻力系数时,其计算式中的角钢构件阻力系数（1.3）建议由单片桁架阻力系数代替;风向角为0°时的横线向风荷载和风向角为30°时的顺线向风荷载取值偏于保守。     

侧风对超大型冷却塔内空气动力场的影响研究

对常见的七种导流叶片的侧风预防措施效果进行了CFD数值模拟,为导流片的选取提供依据。在计算流体动力学方法的基础上,忽略塔内的传热传质过程,引入风扇边界条件来模拟由于热蒸汽而引起的塔内抽力,采用多孔介质边界条件来模拟全塔的阻力及填料区通风率,并且在雨区和填料区使用UDF编写阻力源项程序来模拟空气流经塔内的阻力,研究了不同型号导流片及不同侧风对塔内的空气动力场分布特性的影响。系统地得到了各种型号导流片在不同侧风下的整流效果,定量的分析了侧风对塔内流场的影响,给出了侧风防御措施的选取原则,为冷却塔导流片的选取提供理论依据。     

TTU标准模型表面风压大涡模拟及风洞试验的对比研究

以低矮建筑标准模型TTU(德州理工大学)模型为考察对象,基于专业计算流体动力学软件FLUENT,对1:50缩尺模型进行了大涡模拟研究,并在边界层风洞中对该比例模型进行了风洞试验研究,将大涡模拟结果与风洞试验、场地实测数据进行了比较。结果表明,大涡模拟得到的建筑模型表面平均及脉动风压与风洞试验、现场实测结果吻合较好,没有雷诺数效应的足尺低矮建筑表面的动态风压可通过缩尺模型的大涡模拟进行预测。