某双曲线冷却塔有限元分析与设计

采用通用有限元分析与设计软件MIDAS/gen,建立双曲线冷却塔的有限元模型,采用弹性支座模拟基桩、环形基础与上部结构的共同作用,计算冷却塔支柱、塔筒在自重、风荷载、温度作用等荷载作用下的应力及变形,分析冷却塔在不同工况作用下的力学性能,并根据计算内力对构件进行配筋设计,可供类似工程参考。     

超大型双曲线冷却塔振动台试验研究

为了研究超大型双曲线冷却塔的抗震性能,以1/35缩尺加工微粒混凝土全塔试验模型,进行振动台试验研究,介绍了模型在不同地震动作用下的位移反应以及斜支柱等的破坏情况。基于SAP2000进行了试验模型的弹塑性数值分析,并结合试验结果对冷却塔结构在地震作用下的致灾机理进行了研究。结果表明:双曲线冷却塔模型地震作用下壳体部分呈现整体运动的特征,一字斜支柱柱底是结构的首要薄弱部位,地震波频谱特性对其地震响应影响较大,应尽量避免在软弱场地下建造大型冷却塔。     

某大型双曲冷却塔风荷载作用效应有限元计算

运用三维有限元方法,对某超大型双曲冷却塔进行了模态和风荷载作用效应计算,分析了冷却塔的动力特性,计算了结构在风荷载作用下的应力和变形情况,研究结果可为类似工程提供参考。     

小型双曲线冷却塔风荷载有限元分析

自然通风冷却塔是火力发电厂的重要组成部分,通常由旋转壳,人字柱,环梁及基础等部分组成。在大型电厂中冷却塔一般有140m,对于这些冷却塔国内外研究得比较多,需要做风洞试验并采用专门的设计程序如LBSD,RBSA等,而在小型火力发电厂中采用的双曲线冷却塔一般塔高60m．很少有资料涉及这部分。文章以无锡某电厂的冷却塔为例,采用通用有限元程序ANSYS分析了冷却塔在自重,风荷栽作用下的内力和变形,及其线性稳定性分析。今后工程中如有类似冷却塔。本文结果可以作为参考。     

风荷载作用下超大型自然通风冷却塔的受力性能

以某超大型冷却塔为例,结合风荷载的理论知识,采用通用有限元程序ANSYS,计算分析了冷却塔在自重、风荷载作用下的内力、变形及其稳定性,并通过与地震荷载的计算结果的对比,证明了风荷载对冷却塔结构受力的重要意义。     

超大型间接空冷烟塔合一冷却塔有限元分析

应用SAP2000软件对国内最高自然通风间接空冷烟塔合一双曲线型冷却塔进行有限元分析，对其在自重、风荷载、温度作用及地震作用下的内力随高度的变化进行了计算分析并对其稳定性进行了分析。结果可以指导冷却塔的结构设计，也可供同类工程设计做参考。     

台风荷载对冷却塔结构的影响研究

采用我国沿海区域由北到南三个典型区域的台风风场,以某超大型冷却塔为原型进行单塔测压和测振试验,得到台风和规范风下冷却塔的平均风压分布和风振系数等风荷载参数。将该超大型冷却塔在台风和规范风荷载作用下的内力进行比较,发现规范风荷载下的内力可完全包络台风荷载下的内力,说明按规范风进行冷却塔结构设计可保证在台风作用下的安全性。     

公共建筑冷却塔台数调节节能运行分析

在空调系统非满负荷条件下,合理利用未启动制冷主机配套的冷却塔,降低制冷系统整体电耗,实现制冷主机与冷却塔综合电耗最低。利用麦克尔焓差理论公式建立机械通风冷却塔数学模型,分析不同空气湿球温度、风量、水量条件下冷却塔出水温度变化。分析结果表明:随着冷却塔气水比增加,冷却塔出水温度线性降低;随着湿球温度降低,气水比变化对冷却塔出水温度的影响变大。降低冷却水进口温度可以降低冷水机组电耗;增加冷却塔气水比导致冷却塔风机电耗增加。同时考虑冷水机组变工况特性及冷却塔变工况特性,分析得出:单台冷水机组配套运行其1.4～2.0倍额定冷却塔数量的条件下,冷水机组和冷却塔运行总电耗最低。同时,为冷水机组选择配套冷却塔时,建议选择2台机组对应4个单元冷却塔或3台机组对应6个单元冷却塔的配置方式,为后期节能运行预留条件。     

方形逆流式冷却塔DFNGP系列的支承钢结构分析

方形逆流式冷却塔ＤＦＮＧＰ系列是一种新型的具有广阔应用前景的民用和工业冷却塔形式,其支承采用薄壁杆件钢结构,支承钢结构在各种静、动力荷载作用下工作性能的优劣直接影响整体冷却塔系统的工作。文章对该系列支承钢结构的工作性能作了详细计算分析,并提出若干改进意见和建议。     

大型直筒-锥段型钢结构冷却塔地震反应与风致稳定性分析

直筒-锥段型钢结构冷却塔自重较轻、塔型相对规则,正逐步成为火电行业大型冷却塔建设的新方向,而该结构大跨度大空间特点导致的强震下响应与风致整体稳定性,是钢塔结构设计的挑战。使用有限元软件SAP2000建立钢冷却塔模型,进行恒荷载、风载和地震作用下的计算,分析塔筒的受力情况和内力分布规律;以一阶线性屈曲模态作为钢塔初始缺陷状态,以H/300(H为塔高)作为初始缺陷大小,基于双重非线性分析,探究此类钢结构冷却塔真实工况下的风致非线性屈曲规律。结果表明:在多向地震作用下,钢冷却塔的位移符合《空间网格结构技术规程》(JGJ 7—2010)要求,锥段和直筒段主要分别发生弯曲变形和剪切变形,整个塔体的变形性能满足我国抗震设防要求;考虑双重非线性下钢结构冷却塔临界屈曲承载力下降,直筒段设置的加强环有力保证了结构刚度。为类似大跨度钢塔抗震性能及稳定性能评估提供一定参考。     

ANSYS在冷却塔结构计算中的应用

通过建立冷却塔的有限元模型，分析了其结构在自重及风荷载的作用下塔筒的应力分布规律及变形分布规律，并计算了部分单元的承载力情况，得出局部筒壁子午向配筋量不满足规范要求，应进行结构加固。     

复杂建筑环境中冷却塔风环境的数值模拟

采用CFD模拟技术，分析了复杂建筑环境中布置冷却塔的气流分布和气流温度分布，比较了不同工况下冷却塔的热工特性，提出了改善冷却塔有效运行的技术措施。算例结果表明，CFD模拟是解决此类问题的有效手段。     

考虑百叶窗透风率超大型冷却塔内吸力风振系数研究

为研究不同百叶窗透风率下超大型冷却塔内吸力风振系数的分布特性和取值,以国内某在建210m高超大型冷却塔为工程背景,首先通过同步刚体测压风洞试验,得到了不同透风率（0%、15%、30%及100%）下冷却塔结构内表面平均与脉动风荷载。在此基础上,对比分析不同透风率平均和脉动风压分布特性,并采用有限元方法建立了塔筒-支柱-环基一体化仿真分析模型,对该超大型冷却塔进行四种内吸力作用工况下完全瞬态时域动力计算。对比了四种透风率下内吸力风振系数的一维、二维和三维分布特征,分析了以塔筒径向位移、子午向轴力、von Mises应力和环向弯矩四种典型目标响应下的风振系数取值标准,分别给出了此类超大型冷却塔不同透风率下内吸力风振系数的取值建议,即0%、15%、30%及100%透风率下内吸力风振系数分别取为1.69、1.79、1.69和1.57。     

大型冷却塔表面脉动风压原型实测与分布准则

我国冷却塔规范风荷载条款仍源自20世纪80年代原型冷却塔（约90m高）实测资料,且仅规定了塔筒表面静态风压分布。事实上,超大型冷却塔（高度≥165m）风振问题与风荷载脉动作用关系更加密切,由此导致了冷却塔数学和物理试验模型雷诺数效应模拟准则的不完整性,难于准确再现冷却塔表面动态风荷载与来流条件、塔群组合状况等参数间的合理关系,已成为制约大型冷却塔抗风性能研究和结构设计的瓶颈。为此,采用全天候动态风压采集设备,对某电厂冷却塔（约166m高）进行通风筒表面动、静态风压长期现场观测,量化表面脉动压力与来流紊流度之间的影响关系,提出具有原创性的冷却塔超高雷诺数条件（Re≥6E7）脉动风压雷诺数效应模拟准则。     

双曲线冷却塔空气流场分析及结构优化选型

本文综合研究了冷却塔塔内外空气流场的分布特性 ,为了适应和改善流场 ,提出冷却塔结构设计亟待解决的 8个方面的课题。从结构设计服从于服务于水工工艺出发 ,充分发挥结构选型的优势 ,塔内最大限度地适应并改善、流场 ,消除全部涡漩。使 2种流体 :冷空气和热水雾 (滴 )之间热交换率最高。塔外加肋或调整群塔间距及布置型式减小风荷载体型系数 ,使冷却塔结构设计施工总工程量最省。以上分析可以认定抛物线塔型最好 (风洞模型试验后 ) ,抛物线冷却塔将比双曲线冷却塔冷却效果优越的多     

组合载荷作用下冷却塔的应力分析

针对某工程组合荷载对冷却塔应力分布的影响问题，用一般的薄壳有限元分析方法，计算了某冷却塔在风载和温度载荷作用下冷却塔应力的分布，对塔的安全性进行了评估。     

Comparison of wind‐induced dynamic property of super‐large cooling tower considering different four‐tower interferences

Dynamic amplification effects caused by tower‐group interference is the most critical causes of wind‐induced destructions of super‐large cooling tower (SLCT), and four‐tower combinations are the most common tower‐group combining form. However, the dynamic amplification effects of SLCT of different four‐tower arrangements have not been studied systematically so far. The highest (220 m) SLCT in the world was taken as the target to conduct SLCT wind pressure measurement under 320 wind tunnel test conditions. Firstly, the stability performance under the design wind loads was analyzed. Then, the dynamic time‐history analysis was carried out, and the distribution characteristics of peak factors and values of extreme response were discussed. Furthermore, with a new concept parameter “tower‐group wind vibration coefficient” for the wind‐resistance design of SLCT, the distribution laws of two‐dimensional (2D), one‐dimensional (1D), and global tower‐group wind vibration coefficient were revealed under different four‐tower interferences. On these bases, we recommend the design parameters for wind‐resistance study of SLCT and the priority of four‐tower combination forms. The study showed that the dynamic effects of SLCT under different four‐tower arrangements were significantly different from each other and the tower‐group wind vibration coefficients proposed in this paper can reflect the interference effects of tower‐group more efficient than traditional design method. The results may become a useful database for the wind‐resistance design of SLCT and provide clues for the optimization of four‐tower arrangements in power plants.     

环境降温对斜拉桥混凝土主塔早期开裂影响研究

为了研究环境降温作用对混凝土主塔早期开裂的影响,通过求解热传导方程推导出降温作用下主塔塔壁的温度分布公式,进而通过分析混凝土早期弹性模量、徐变影响,导出计入时变效应的塔壁表面温度应力计算公式。得到反映环境降温作用的温度～时间、应力～时间关系曲线。结果表明:环境降温作用将导致塔壁表面产生拉应力,应力值大小与塔壁内外表面放热系数、塔壁厚度、混凝土水化热、环境降温值、降温起始及持续时间等因素密切相关;上述因素偏不利时,会引发混凝土主塔开裂。     

基于分层壳单元模型超大型冷却塔风致倒塌机制与失效准则

历史上超大型冷却塔风毁事件多次发生,国内外现行规范中缺乏超大型冷却塔风致倒塌机制与失效判别准则。以我国西北地区某在建高228 m的冷却塔为背景,建立分层壳单元模型,考虑塔筒的多尺度壁厚及配筋率变化,通过刚体测压风洞试验获取了冷却塔表面风荷载,结合增量动力分析法分析了典型风速下塔筒位移和内力响应,确定临界倒塌风速为83 m/s;基于节点失效前后von Mises应力变化规律提炼了冷却塔倒塌过程中3种内力重分布机制,结合塔筒喉部位移构建了结构变形失效准则。研究表明：采用分层壳单元模型可以有效模拟超大型冷却塔倒塌全过程,中心破坏区域扩散形成裂隙网,直至完全倒塌破坏;塔筒首个单元失效首先引发滑动面机制,随后以转动铰机制和滑移面机制为主进行内力重分布;当结构变形失效指标(喉部迎风面与背风面的相对水平位移与喉部直径之比)不小于1.5%时,超大型冷却塔失效倒塌。     

Collapse mechanism and failure criteria based on layered shell element model for super-large cooling tower under wind action

历史上超大型冷却塔风毁事件多次发生，国内外现行规范中缺乏超大型冷却塔风致倒塌机制与失效判别准则。以我国西北地区某在建高228 m的冷却塔为背景，建立分层壳单元模型，考虑塔筒的多尺度壁厚及配筋率变化，通过刚体测压风洞试验获取了冷却塔表面风荷载，结合增量动力分析法分析了典型风速下塔筒位移和内力响应，确定临界倒塌风速为83 m/s；基于节点失效前后von Mises应力变化规律提炼了冷却塔倒塌过程中3种内力重分布机制，结合塔筒喉部位移构建了结构变形失效准则。研究表明：采用分层壳单元模型可以有效模拟超大型冷却塔倒塌全过程，中心破坏区域扩散形成裂隙网，直至完全倒塌破坏；塔筒首个单元失效首先引发滑动面机制，随后以转动铰机制和滑移面机制为主进行内力重分布；当结构变形失效指标(喉部迎风面与背风面的相对水平位移与喉部直径之比)不小于1.5%时，超大型冷却塔失效倒塌。