基于风-雨双向耦合的大型冷却塔结构响应

暴风雨天气下,降雨会直接改变结构表面气动载荷并进一步影响风的湍流作用,然而现行冷却塔结构抗风设计均忽略了降雨带来的附加效应.为探究风-雨作用对冷却塔结构受力性能的影响,以中国西北地区已建成的210 m世界最高冷却塔为例,基于风-雨双向耦合算法,首先采用计算流体动力学(computational fluid dynamics,CFD)技术进行3种典型风速下冷却塔结构周边风场模拟,然后添加离散相模型(discrete phase model,DPM)开展9种不同风速-雨强组合的风雨耦合同步迭代计算.在此基础上,对比研究不同风速-雨强组合对塔筒表面雨滴运行轨迹以及雨量的影响规律,然后提出大型冷却塔风雨耦合等效压力系数的拟合公式.最后,结合有限元方法建立不同工况的大型冷却塔等效荷载耦合模型,对比研究不同风速-雨强组合下大型冷却塔塔筒、支柱和环基的结构响应.研究可为此类大型冷却塔在极端气候和复杂工况下的荷载预测提供参考.     

ANSYS在双曲线型冷却塔分析中的应用

应用ANSYS有限元分析软件对火力发电厂双曲线型冷却塔进行结构分析,主要探讨了在自重、温度和风荷载作用下,双曲线型冷却塔塔筒的位移、应力和内力分布规律.简单介绍了荷载的施加方法并建立了有限元模型,并对自重、温度和风荷载3种工况塔筒的受力特点进行了研究.结果表明:风荷载工况塔筒的喉部位移最大;自重工况塔筒的薄膜力大,且同一位置的子午向薄膜力大于环向薄膜力;温度工况塔筒的弯矩大,且在塔筒的中段弯矩恒定;风荷载工况塔筒同一位置的子午向薄膜力大于环向薄膜力,环向弯矩大于子午向弯矩.分析结果可为双曲线型冷却塔的结构设计提供参考依据.     

大型冷却塔风致响应的干扰效应

为了研究渡桥电厂冷却塔的群塔干扰效应,采用呈倒品字型布置的3个冷却塔进行简化分析.变化塔间距和风向角,进行180个工况的风洞试验.基于试验结果进行风致响应的计算和干扰效应分析,将干扰计算结果作为渡桥电厂塔群干扰的参考.研究表明:在单塔情况下,冷却塔横风向底部剪力系数的平均值几乎为零,极大值较大;冷却塔壳体在风荷载作用下拉应力主要出现在迎风面的中下部;在三塔情况下环向薄膜应力的干扰系数均小于1,子午向薄膜应力极大值的干扰系数基本上均大于1,最大值达1.57.     

大型冷却塔风洞试验研究与结构分析

为研究大型冷却塔群在风荷载作用下的受力,以印度某大型冷却塔(塔群)为工程背景,介绍了大型冷却塔(塔群)风洞试验研究和风荷载作用下的结构分析,主要包括:冷却塔单塔雷诺数效应模拟;冷却塔(塔群)1∶[KG-*2]500刚体模型高频天平测力风洞试验;冷却塔(塔群)1∶[KG-*2]200刚体模型测压风洞试验;冷却塔桩基、人字柱、塔筒内力分析;塔筒整体、局部和施工阶段稳定性分析．通过上述风洞试验和结构分析得到了一些有益结论,为类似工程设计提供借鉴．     

斜风下大跨度悬索桥三维非线性静风稳定性研究

基于斜风作用下结构静风荷载计算模型,考虑结构和静风荷载双重非线性因素,建立了斜风下大跨度桥梁三维非线性静风稳定性分析方法,并编制了相应的计算程序。以润扬长江大桥南汊 悬索桥为研究对象,采用该程序进行不同风偏角和风攻角组合的非线性静风稳定性分析,探明了斜风效应对大跨度悬索桥静风稳定性的影响。结果表明：斜风下悬索桥的静风失稳形态仍然表现为主梁侧弯、竖弯和扭转耦合的空间失稳形态,斜风作用不改变悬索桥的静风失稳形态;斜风作用对悬索桥的静风稳定性存在正负效应,最低静风失稳临界风速出现在斜风情况下;静风失稳临界风速随初始风攻角的增加呈现偏态的倒 Ｕ 形变化规律,随着风偏角的增加,斜风作用对静风失稳临界风速的影响逐渐明显,影响幅度为－８％～６％,因此大跨度悬索桥静风分析需要充分考虑斜风的影响。     

国家体育场多目标等效静风荷载

针对大跨结构的风振响应特点,研究多目标等效静风荷载的分析方法,并采用该方法对国家体育场等效静风荷载进行了研究。该等效静风荷载分析方法的基本过程是：根据结构风振响应特性,选择风荷载的主要本征模态和结构主导振型惯性力作为构造多目标等效静风荷载的基本向量,根据最小二乘法,得到基本向量的最优组合系数,从而得到针对多个等效目标的等效静风荷载。国家体育场的分析结果表明：在所有风向下的风振响应中,背景响应远大于共振响应,其中0°风向和270°风向对结构最为不利;在针对多等效目标的等效静风荷栽作用下,所有关键位置的节点位移响应和支座反力都与实际动力响应极值吻合较好。     

连续刚构桥超高墩的风荷载模型与抗风构造研究

为了对一座具有超高墩的预应力混凝土连续刚构桥在施工过程中的抗风性能进行分析,依据桥址处的风环境确定了上、下部结构区别对待的风荷载模型.在最大悬臂典型工况下与静风荷载进行了对比分析,并在此基础上对该桥的抗风构造措施进行了优化.结果表明:在文中构造的风荷载模型中同时考虑了风压廓线变化及冲击作用对超高墩单T结构的影响,其响应输出更能反映出超高墩具有的特殊风动力特性,同时增加的风撑横系梁构造能够显著降低风荷载下墩顶位移,值得同类桥型抗风设计中借鉴.     

大型冷却塔塔群效应的研究与探讨

风荷载对单个冷却塔的影响与集中布置的冷却塔影响有不容忽视的差异,通过冷却塔模型测压实验,研究实验满足的相似条件、塔表面的雷诺数效应模拟以及塔表面的风压分布的特征.在考虑群塔效应及在周围复杂建筑物场地条件下,提出实验条件、实验方法,得出群塔相对于单塔的风压影响系数.依据模型实验及研究成果,对群塔中心距按1.5d、1.8d及2.0d布置分别进行比较,优化总平面布置间距,并总结了群塔效应对冷却塔结构设计的影响.     

风-雨荷载下大型冷却塔内压作用

为了探讨暴风雨气候下降雨对大型冷却塔的影响,本文展开了风雨两相流模拟以及内表面气动力研究。以某210 m高超大型冷却塔为研究对象,以风-雨耦合算法为核心,基于计算流体动力学方法分别采用连续相和离散相计算模型展开风场和雨场的数值模拟。在此基础上,研究9种不同风速-雨强组合对塔筒内表面雨量、雨荷载和等效内压系数等的影响规律,揭示风-雨耦合作用下塔筒内部速度流线和雨滴轨迹的作用机理,最终提炼出最不利组合工况并分析其等效内压系数分布特性。研究表明:风-雨荷载下冷却塔塔顶内表面背风区的雨致压力系数不能忽略,最大数值可达0. 003 8。结论可为此类冷却塔在极端天气下的内表面压力取值提供参考。     

台风风场下的1000kV输电塔风洞试验与风振响应分析

以东南沿海地区的特高压角钢塔为对象,针对台风风场在极值风速与风荷载分布相对常规风的差异性,进行风洞试验与风振响应分析.首先,基于台风实测数据,对风剖面指数进行拟合,并对A类地貌下的湍流强度设定进行修正以更符合实际台风风场;然后,针对1000 kV输电塔采用高频天平测力风洞试验,获得各项平均风力系数随风向角的变化以及全塔、塔头、塔身体型系数,并基于谐波叠加法模拟输电线路上各点脉动风速,获得不同工况下的等效静风荷载及风振系数;最后,进行特高压杆塔在台风风场下的结构阻尼、结构频率、塔顶加速度、最大基底荷载等参数的敏感性分析.结果表明:加速度响应对阻尼较为敏感,位移响应和加速度响应对自振频率较为敏感.     

角对角双子塔的气动特性及其抗风设计

为了给角对角双子塔的抗风设计提供参考,采用同步测压风洞试验方法,从结构风荷载与风振加速度的角度研究了角对角双子塔在不同间距和不同风向角下的气动特性与风振响应特点。研究结果表明：就风致响应而言,角对角双子塔存在两个最不利风向角,分别为斜向45°左右和近串联方向的80°左右;在45°风向角附近,角对角双子塔会出现振幅较大的横风向涡激振动,但受到双塔间的气动干扰作用,相应的横风向涡激振动将小于独塔情况,且双塔间有利的气动干扰作用对上游塔比对下游塔更加明显;在80°风向角附近时下游塔将受到上游塔的尾流影响,有可能出现较大振幅的尾流抖振响应;45°左右风向角产生的横风向涡激振动主要出现在亚临界至临界风速下,风速相对较低;80°左右风向角出现的尾流抖振主要发生在超临界风速下,风速相对较高。考虑到大多数超高层建筑的设计风速都小于或接近涡激临界风速,因此控制45°风向下的横风向涡激振动是抗风设计的关键。在这种情况下,采用较小间距的角对角双子塔对抗风设计有利。     

大型冷却塔双塔组合表面风压干扰效应试验

针对圆截面双曲线冷却塔双塔组合展开刚体模型测压风洞试验,研究双塔在不同间距不同来流方向下的表面动静态风压分布情况.通过与单塔刚体模型测压试验结果进行对比,分析双塔组合风压干扰因子和等效风荷载比例系数随塔距及风向角的变化关系.同时,对双塔在几种典型布置形式下的表面动静态风压分布和绕流状态进行了深入的分析.研究发现:即使塔...     

超大型冷却塔结构风振与地震作用影响比较

超大型冷却塔属于典型风及地震敏感结构,随着塔高的日益增大这两种作用成为设计的控制因素,为了研究这两种作用在不同部位的控制程度,对某超大型冷却塔进行风洞刚体测压和气弹测振试验,通过加载试验获得的塔筒表面风压分布模式和风振系数进行风载作用下结构响应计算,和冷却塔在七度地震作用下的响应进行比较.对比结果表明:环基和塔筒响应完全受风振控制,其在风载作用下的内力数值远大于地震作用下的数值,其中子午向和环向内力从塔底到塔顶逐渐变小,子午向和环向弯矩最大值均出现在塔筒的中部区域.两者对于人字柱的内力影响相差较小,和自重作用共同控制人字柱响应;采用振型分解法计算结构响应需要考虑前300阶的振型影响,而对于风振作用的频域分析只需考虑前30阶模态数即可满足.     

侧风条件下电站大型冷却塔建筑群热力特性的数值模拟研究

文中首先建立了自然通风湿式冷却塔建筑群数值模拟模型,并与实验数据进行对比验证.接下来研究了不同方向侧风对冷却塔建筑群的影响,研究发现,冷却塔上风向的建筑往往会产生不利影响,而对于上风向无任何阻碍的冷却塔而言,其效率在风速为5 m/s时最低;此外,对于沿风向排列的多个冷却塔,当风速较低时,下风向的冷却塔冷却能力较高,当风速较高时则相反.最后,根据以上结论,提出了两种参照地区风资源情况对冷却塔群进行优化排布方式,冷却塔群各冷却效率有一定提升,单塔冷却效率提升最高可达3.54%.     

动态风压极值分析中峰值因子取值的探讨

针对传统风压极值估计方法存在的缺陷,提出了适用于单个样本随机过程的极值估计法—全概率逼近法。通过对某多塔组合冷却塔风洞测压试验结果进行分析表明,全概率逼近法避开了对随机过程的高斯分布假定,对于呈现明显非高斯分布的随机过程,相比传统的极值估计方法能得到较好的结果;由于群塔和周边建筑的干扰效应,壳体表面不同区域其脉动风压变化幅度不同,可以通过采用不同的峰值因子来考虑其脉动风效应影响。     

风电机组混合型塔筒静强度分析与模态分析

为了分析新型风电机组塔筒结构的静强度性能和低阶模态频率特性,分别对传统型、加筋型和混合型三种结构塔筒进行有限元建模,对比分析三种塔筒的静强度性能和低阶模态频率.仿真结果表明,混合型塔筒等效应力极值和刚度较传统型塔筒有所增加,低阶模态频率较其他两种类型塔筒有所提高.混合型塔筒在壁厚和材料的约束下具有更好的刚度,其结构使得刚性设计转速有所提高,有利于塔筒刚性模态设计.     

大型双曲冷却塔内表面风荷载的数值模拟

为了获得大型冷却塔的内表面风压,应用CFD数值模拟方法进行计算,分别采用可实现的κ-ε湍流模型和多相流模型计算由外风场作用和冷热空气自循环系统产生的内压,并分析这2种内压沿高度和纬度的分布规律,进行2种内压的合成计算,最后给出冷却塔内压的建议值.计算结果表明:外风场作用产生的内压随高度和纬度变化明显,自循环系统产生的内...