考虑不同四塔形式特大型冷却塔群风荷载极值分布特征与取值探讨

塔群干扰作用下特大型冷却塔表面风荷载分布非常复杂,尤其是极值模型更加难以预测。首先,以工程中最常见的串列、矩形、菱形、L形和斜L形五种四塔组合形式为例,进行了320种工况的世界最高220m特大型冷却塔群刚体测压风洞试验。然后,分析了特大型冷却塔局部风压和整体力系数的非高斯和非平稳特征,并基于Hermite法和峰值因子法对比探讨了特大型冷却塔的局部风压极值和整体力系数极值的分布规律,着重讨论了特征角度与局部、整体气动力极值之间的映射关系。最后,提出了冷却塔四塔塔群最大负压极值和整体力系数极值的数学计算模型,建议了考虑不同四塔干扰效应的四塔组合特大型冷却塔群一维极值风压系数估算公式,并验证了上述公式的精确度和有效性。主要研究结论表明:矩形、菱形和L形布置下特大型冷却塔最大负压极值均小于-3.40,矩形布置形式下的负压极值最大,菱形布置下出现强吸力现象的可能性较高;可基于特征角度与塔群脉动风荷载之间的线性关系对特大型冷却塔局部风压极值和整体力气动力极值进行有效预测。     

大型双曲冷却塔表面脉动风压随机特性——风压极值探讨

针对风压信号呈现的非高斯特性和传统极限估计方法的局限,首次提出基于保证率和相关性的极值估计方法——全概率迭代法进行冷却塔表面脉动风荷载极值分析,并和传统的峰值因子法及改进的Sadek-Simiu法计算结果进行对比验证。结果表明：全概率迭代法避开了对随机过程的高斯分布假定,相比传统的极值估计方法其结果更加真实可靠;表达风压极值中脉动分量的峰值因子数值沿着环向和子午向变化显著,如取为同一数值则偏于危险或过于保守;采用全概率迭代法得到的表面风压系数极值分布曲线与规范取值相比,迎风面和负压峰值区域极值偏小,背风区域极值偏大,且最小值对应角度相差约10°。     

大型双曲冷却塔表面脉动风压随机特性——非高斯特性研究

为了系统研究大型双曲冷却塔表面脉动风压分布特性,进行单个冷却塔刚体模型风洞动态同步测压试验,对冷却塔表面脉动风压的非高斯统计特性进行了系统的研究。根据测点风压时程及其概率密度分布曲线,对具有非高斯分布特性的局部区域作出判断,从风压信号的时空间相关性入手,结合中心极限定理讨论了局部区域呈现非高斯特性的原因;并基于测点风压信号概率密度曲线的斜度及峰态值对典型断面的测点风压进行非高斯特性描述,给出了划分非高斯区域的标准,并由测点环向相关性对冷却塔壳体表面进行了分区,初步探讨了不同区域的脉动风压形成机理,加深了对冷却塔结构表面风压分布特性的认识,为进一步探讨冷却塔结构表面风压极值奠定了理论基础。     

两个相邻冷却塔风荷载的相互作用

本文通过风洞模拟的方法给出了二个固定塔距的大型双曲线型自然通(?)冷却塔在大气边界层气流中各种风向角下塔体表面的平均和脉动风压分布。文中着重讨论了两塔风荷载相互影响的动态特性。结果表明:后塔对前塔的影响较小,而前塔对后塔的风荷载影响风随向角不同大致可分为三个不同的影响区域:尾流影响、综合弱影响和邻近影响区。     

湍流特性对矩形高层建筑风荷载影响的研究

为研究湍流特性对矩形高层建筑风荷载及周围绕流特性的影响,对4种不同地貌条件下9种深宽比的矩形高层建筑进行了风洞测压试验,考察了湍流度与湍流积分尺度对不同深宽比建筑平均、脉动与极值风压,以及横风向气动力谱和流动分离再附特性的影响规律。结果表明,随湍流度增大,分离流更早再附于侧风面上,郊区地貌下再附点出现位置较开阔地貌提前约30%,且分离流下平均风压减小、极值风压增大(均指绝对值),最不利脉动风压与极值出现位置更靠近前缘;随湍流积分尺度减小,迎风面、背风面与侧风面的平均和极值风压均减小,但湍流积分尺度对分离再附流形态及分离流下的风压分布形状影响不大。相对于深宽比更大的情况,湍流特性对深宽比介于1到2的建筑影响更大。     

冷却塔群塔干扰条件下脉动风压分布模式

冷却塔群塔为常见的群体建筑物组合形式,存在复杂的塔群干扰效应.传统的群塔干扰效应研究通常面向塔筒等效静风荷载,忽略了群塔组合对于脉动风压分布模式干扰效应的量化研究.为了研究群塔组合条件下脉动风压的干扰分布模式,选取具备多种气动干扰特点的八塔组合矩形布置方案为研究对象,对群塔进行刚性模型同步测压风洞试验,获取了不同风向角...     

大型双曲冷却塔平均风荷载的数值模拟研究

对双曲冷却塔的平均风荷载进行CFD数值模拟,获得冷却塔内外表面的三维流场特性和各高度截面的平均风压系数分布曲线,并与以往文献的实测数据和风洞试验结果进行比较,以验证数值模拟的准确性.根据内外表面的风速矢量图,描述冷却塔内外流体的流动特征,发现旋涡的存在使风压分布趋于均匀的规律.并分析塔底的边缘效应及其对冷却塔内外表面风压的影响.讨论现行设计规范在外压的三维效应和内外压的共同作用等方面的不完善之处,给出部分改进建议和冷却塔外表面、内表面和内外表面压差的风压系数等压图,以供设计参考.     

台风“凡亚比”作用下超高层建筑风压特性的现场实测与风洞试验对比研究

为研究台风作用下我国沿海地区超高层建筑表面的风压特性,于2010年在台风"凡亚比"登陆前后对厦门沿海某超高层建筑的风场和建筑表面风压状况进行了同步监测,并开展了建筑模型风洞试验,获得了超高层建筑表面的实测瞬时风压、平均风压、平均风压系数和脉动风压系数的相关特性和分布规律。现场实测与风洞试验的对比研究表明:现场实测和风洞试验所揭示出的超高层建筑表面风压特性及其随风向角的变化规律基本一致;迎风面平均风压系数的现场实测值明显大于风洞试验结果,而背风面和侧风面平均风压系数的现场实测值与风洞试验结果相差较小。     

大型冷却塔考虑多种风载荷分布模式的结构优化选型

近年来,我国冷却塔建设趋向于大型化(高度190m)、由双/四塔简单群体组合向六/八塔复杂群体组合发展。风致干扰效应是冷却塔群结构设计的关键控制因素,但目前以风载荷为主导的冷却塔结构优化设计和研究多局限于上部结构塔筒本身,且仅针对规范二维对称风压分布作用,难以满足超大型冷却塔的发展建设需求。为评估上述效应对于结构设计安全和经济性能的影响,计入了冷却塔上、下部结构共同作用,筛选并推荐复杂群塔干扰条件多种不利载荷模式,逐一实施整体结构响应面和梯度搜索优化分析,汇总形成了综合考虑复杂载荷分布模式的冷却塔结构优化评估算法和策略。以典型冷却塔六塔组合布置为例,具体实施了考虑群塔组合下复杂风载荷分布模式影响的分阶段优化过程:采用同步测压风洞试验,研究了典型塔群组合的风致干扰效应,对比归纳出基于典型六塔组合的最不利风载荷分布模式及特征,而后将响应面法和梯度搜索法结合并引入冷却塔结构优化选型分析,同时兼顾冷却塔结构的安全性和稳定性,推荐了适用于多种风载荷作用模式的最优化冷却塔结构设计方案。     

超大型冷却塔内表面风荷载风洞试验与数值模拟研究

通过刚性模型风洞试验和CFD数值模拟,对某拟建220m高冷却塔内表面风荷载进行研究,并考虑了挡风板、填料层透风率等参数对内压的影响。研究表明:刚性模型试验忽略模拟外表面几何相似及实塔运行过程中产生的向上抽力对内压测试结果基本没有影响;冷却塔内表面风压对风速不敏感,内压基本不受来流风速影响;在塔底设置十字挡板后,塔内风压略有减小,风压沿环向、高度分布的均匀性更好;内压绝对值以填料层透风率为0%时最大,并随透风率的增加略有减小,但当透风率大于10%后变化较小;总的来说,内表面风压系数沿环向、高度基本不变,B类风场中,平均风压系数约为-0.50,脉动风压系数约为0.045;均匀流场中,平均风压系数约为-0.61,脉动风压系数约为0.035。     

超大型冷却塔内表面风荷载风洞试验与数值模拟研究北大核心CSCD

通过刚性模型风洞试验和CFD数值模拟,对某拟建220m高冷却塔内表面风荷载进行研究,并考虑了挡风板、填料层透风率等参数对内压的影响。研究表明:刚性模型试验忽略模拟外表面几何相似及实塔运行过程中产生的向上抽力对内压测试结果基本没有影响;冷却塔内表面风压对风速不敏感,内压基本不受来流风速影响;在塔底设置十字挡板后,塔内风压略有减小,风压沿环向、高度分布的均匀性更好;内压绝对值以填料层透风率为0%时最大,并随透风率的增加略有减小,但当透风率大于10%后变化较小;总的来说,内表面风压系数沿环向、高度基本不变,B类风场中,平均风压系数约为-0.50,脉动风压系数约为0.045;均匀流场中,平均风压系数约为-0.61,脉动风压系数约为0.035。     

大跨屋盖悬挑结构的风荷载分析

针对悬挑结构的上下表面同时受到风荷载作用的特点，提出风洞试验中同步测量的实验方法，分析上下表面风压相关性及其物理意义，给出悬挑结构平均风压和脉动风压的计算方法，探讨了同步测量和异步测量情况下峰值因子的合理取值。     

体育场看台挑篷的风荷载及干扰效应分析

针对一个典型的体育场看台挑篷,进行了刚性模型风洞试验,确定其平均风压和脉动风压,通过对挑篷升力系数的讨论,分析其上下表面风压和风压合力的分布规律.并考虑临近山体对挑篷的气动干扰,分析有、无干扰体情况下升力系数的不同分布规律,采用干扰因子对比分析山体对左右两个挑篷风压的影响,同时采用脉动干扰系数来分析干扰对挑篷脉动风压的影响,得出一些具有重要参考价值的结论.     

大型煤气柜风荷载的风洞试验及数值模拟

对某大型煤气柜进行了风洞测压试验及风压数值模拟。分析了试验模型表面风压分布及其脉动特性,并同数值计算结果、规范条文中类似断面结构的风压分布作对比。结果表明：风洞试验中由于结构表面分布的工字钢及表面粗糙度的处理,雷诺数效应对表面风压分布影响并不明显,但对表面绕流场分离区的风压值有一定影响。结构的均方根升力、阻力系数在频域表现为宽带谱;采用基于雷诺平均的RNGk-ε湍流模型能较准确地模拟表面平均风压分布,其计算结果同样可为结构抗风设计提供参考;在不同量级雷诺数下数值模拟得到的平均风压分布能反映出雷诺数效应的影响。     

基于Pareto分布的风压极值计算方法

为了利用短时距样本得到具有指定保证率的风压极值,根据风压时程的自相关分析,从短时距风压样本中得到足够的峰值风压样本,通过Pareto分布I型分布拟合峰值样本的高尾部数据,并利用广义极值分布和广义Pareto分布之间的关系对风压的极值做出估计,得到基于Pareto分布的风压极值计算方法。高层建筑表面的围护结构设计取决于结构的表面风压极值的选取。为了获得准确的风压极值,利用高层建筑风洞试验多次独立采样得到的数据,将基于Pareto分布的风压极值计算方法与基于经典极值理论改进的Gumbel法、改进峰值因子法和Sadek-Simiu法进行了比较,从风压极值的期望值和指定保证率的极值两个方面对比可以发现,前者可以得到更为准确的估计。     

北大体育馆屋盖的风荷载及周边建筑干扰影响的试验研究

结合北京大学体育馆屋盖结构的风洞模拟试验,分别考虑了有无周边建筑两种情况下的风压分布。以屋盖上的平均风荷载和脉动风荷载为研究对象,对屋盖上的风荷载特性和周边建筑的干扰影响进行了详细的分析。得出的主要结论:上游建筑物的干扰一般会减小屋盖上的平均风压,增大屋盖上的脉动风压,且对迎风前缘的影响比对其他部位的影响大;周边建筑物的布置,也有可能产生"兜风效应"从而显著地增大风压;周边建筑的影响使风压分布更加分散,脉动风荷载对于总的设计风荷载来说不能忽略。     

复杂大跨结构屋盖风荷载特性的试验与计算研究

在大气边界层风洞中对深圳新火车站在无火车工况与有火车工况下屋盖结构的风荷载分布进行了详细的风洞试验研究,并对无火车工况下火车站主站房东侧大开洞位置风速放大效应进行全面的试验分析。分析了无火车工况下的平均风压系数、脉动风压系数特性,并对比了无火车工况与有火车工况下全分向最大平均负风压系数与脉动风压系数。文中进一步分析了典型测点的脉动风压系数的概率特性,并评估了在一定概率保证率下的峰值因子。同时,文中亦给出了数值风洞模拟结果,并与风洞试验结果进行了详细对比分析。研究结果表明:(1)火车站屋盖表面最大平均负风压系数发生在迎风的悬挑区域,同时亦是脉动风压系数较大的位置;(2)在不同火车数量工况下,屋盖表面的最大平均负风压系数与脉动风压系数均有局部差异,但对整体的风压分布影响较小;(3)位于迎风屋盖表面测点正则化脉动风压系数((Cp-Cpmean)/Cprms)的概率密度函数出现负风压的延伸,呈现明显的非高斯分布特性,而位于下风向的中间区域测点则满足高斯分布;(4)火车站主站房东侧纵、横方向大开洞具有气流"汇集"作用,最大风速放大系数达到1.34;(5)数值风洞模拟计算结果与风洞试验结果比较吻合,新的大涡模拟方法(LES)与湍流风场入口模拟新技术(DSRFG)能有效地应用于建筑结构的风荷载数值模拟。     

无肋双曲线型冷却塔风压分布的全尺寸测量和风洞研究

本文叙述了广东茂名热电厂双曲线型自然通风冷却塔风压分布的风洞实验和全尺寸测量结果。该塔高90米,无塔肋。风洞实验给出了在均匀气流和大气边界层气流中,不同雷诺数和塔面集中粗糙度时的平均风压分布。全尺寸测量给出了雷诺数约为5.4×10~7时无肋塔内外壁面的平均风压分布。文中还讨论了风洞实验时模型表面适当布置粗糙度,可使低雷诺数时的实验结果应用于大雷诺数的问题。     

伞形膜结构组合屋盖风荷载特性的风洞试验研究

结合井冈山机场航站楼的风洞试验,分析了伞形膜结构组合屋盖平均风压与脉动风压的分布特性,并从平均风压与脉动风压相关性的分析中讨论了准定常理论的适用性,同时探讨了脉动风压的概率分布,并对峰值因子的取值提出了建议,论文提出对不同紊流区应分别对待的观点,获得了可用于指导一般伞形组合屋盖结构抗风整体设计和局部设计的规律.     

倒品字形分布三个冷却塔的风致干扰效应研究

针对呈倒品字形分布的三个冷却塔,采用风洞试验方法进行风致干扰效应研究.通过增加模型表面粗糙度的方法来补偿模型试验的雷诺数,应用POD方法进行风压点的加密和插值,计算单塔和三塔的阻力系数、升力系数和底部剪力系数等,并分析三塔的干扰系数随塔间距、风向角的变化规律.研究表明,三塔情况下,顺风向底部剪力平均值和极大值的干扰系数大部分都小于1,说明呈倒品字形分布的三塔对风通道形成阻挡,使后塔受到的总体阻力变小.横风向底部剪力极大值的干扰系数大部分超过1,最大值接近2,说明三塔情况下横风向的脉动效应非常显著.