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.     

冷却塔动态风荷载特性试验研究

首先按照动力相似设计了冷却塔弹性模型。进行了冷却塔弹性模型的地面共振试验，测量的主要模态参数为前五阶模态的频率、振型及阻尼。地面共振试验的结果可用于验证冷却塔原型振动特性计算结果，保证冷却塔模型风洞试验中弹性模型设计的准确性。试验研究了冷却塔弹性模型的风振系数，测量的主要参数为刚性模型测量点处的压力值及弹性模型对应测量点处的压力值。最后得到了模型不同位置的风振系数。     

大跨度桥梁龙卷风荷载物理模拟的关键相似参数

为识别大跨度桥梁主梁断面在龙卷风作用下的风荷载特性及其主要影响实验参数,在龙卷风风场特性模拟的基础上,基于龙卷风模拟装置和刚体模型测压实验方法,对流线型扁平钢箱主梁表面风压分布、断面三分力系数等风荷载特性进行了识别,并讨论了涡流比、高宽比等龙卷风相似参数对风荷载识别结果的影响。结果表明,桥梁主梁在模拟龙卷风作用下的风荷载特性与常规边界层风洞实验结果明显不同。高宽比对风荷载特性的影响程度远大于其对风场特性的影响。不同涡流比下,高宽比对风荷载特性的影响程度不同。高宽比和涡流比是影响桥梁主梁龙卷风荷载的关键相似参数。风荷载模拟结果及其关键相似参数的影响规律将为桥梁抗龙卷风设计提供基础气动参数数据。     

考虑导风装置大型冷却塔双塔风致干扰效应研究

为研究不同导风装置对双塔干扰下大型冷却塔表面平均和脉动风荷载分布特性的影响,基于风洞试验对比研究了三种有导风装置和无导风装置的大型冷却塔表面风压随机分布特性,其中包括平均风压、脉动风压、峰值因子、极值风压以及干扰因子等气动参数。研究结果表明:增设导风装置后塔筒背风面负压区气流紊乱,平均风压呈现明显波动;不同导风装置对塔筒下部断面测点峰值因子影响显著,数值主要分布在3.2~3.6之间;极值风压分布规律类似于冷却塔模态的正反对称特点,外部进水槽对喉部侧风面极值风压增大了近0.5;90°风向角为双塔布置的最不利工况,夹道效应导致塔筒侧风面平均风压、脉动风压与极值风压变化显著,此时带外部进水槽的冷却塔中上部断面层阻力系数的干扰因子达到最大值。     

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。     

考虑土体结构相互作用的大型双曲冷却塔风致响应分析

采用有限元方法模拟大型双曲冷却塔的土体与结构相互作用(SSI),分析不同土体条件下自振特性的特征,基于风洞试验结果进行风致响应的计算,并分析不同土体条件下响应的差别.研究表明:土体刚度越小,土体结构体系的自振频率也越小;土体对冷却塔上半部分的子午向薄膜力影响较小,对下半部分影响较大;考虑SSI效应后,平均风作用下冷却塔径向位移增大,子午向薄膜力减小,脉动风作用下径向位移均方根增大,子午向薄膜力均方根几乎不变.     

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。     

椭球形舞台壳体风荷载风洞实验研究

通过风洞模拟试验研究了椭球形舞台壳体，及其三种开启状态时风荷载特性。结果表明就整体风荷载而言椭球体的阻力系数不是很大，但由于气流的分离和再附，椭球体的局部会出现很大的负压，系数可达－2．0以上，另外，周围建筑对椭球形舞台壳体的风荷载影响很大。     

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。     

运载火箭地面风荷载及响应研究

通过捆绑式运载火箭地面风环境下的风洞试验，分析了不同试验条件下主体火箭及助推器各测压截面压力分布的变化规律。结果表明：主体火箭和助推器之间的相互干扰、发射塔架对于火箭的影响都很明显。另外，对其气弹性模型在地面风荷载下的动态响应亦进行工程计算，并与试验结果有良好的一致性。     

冲击风作用下大跨屋盖多模态随机风致响应研究

雷暴冲击风是一种近地面短时产生的瞬态强风,它与传统的边界层风场特征具有明显的差别,冲击风将会引起屋盖的强烈振动,甚至发生破坏.本文根据混合随机模型,详细研究了冲击风风场的数值模拟方法.应用Wood竖直风剖面方程与Holmes经验模型模拟平均风场,使用稳态高斯随机过程模拟脉动风场,模拟的风场与实际的雷暴冲击风较为一致.结合多阶模态加速度法和等效风荷载原理,详细推导了大跨屋盖随机风致响应的计算方法.结合边界层风洞试验,比较冲击风产生的表面风压特性,计算得到屋盖冲击风致动力响应时程,并研究了冲击风作用下大跨屋盖荷载风效应系数和位移风效应系数的分布特点.研究结果可作为评估大跨屋盖冲击风致响应的一种参考.     

球壳型屋盖在冲击风作用下的抗风设计参数及CFD分析

雷暴冲击风具有和大气边界层显著不同的风场特性。为与抗风设计习惯一致,提出了与大气边界层风场类似的冲击风水平风荷载下静力风荷载表达式,并给出了相应的风压高度变化系数和体型系数的计算方法。以球壳型大跨屋面为具体研究对象,采用CFD数值模拟方法,研究其在冲击风作用下随结构参数和冲击风参数改变的冲击风体型系数变化规律,并将结果与大气边界层风洞实验中的结果进行比较。最后还给出了球壳屋面位于冲击风正下方时,屋面体型系数及风压高度变化系数的取值。     

风—车—桥系统车辆风荷载突变效应风洞试验研究

侧向风作用下,车辆通过桥塔或双车交会时车辆所受风荷载会发生突变,这将影响行车的安全性和舒适性。基于自主研制的移动车辆模型风洞试验系统,针对轨道交通车辆和公路交通车辆,分别采用三车模型和单车模型测试了车辆通过桥塔和双车交会时车辆风荷载的突变过程,讨论了风速、车速、车辆所处轨道位置及车辆类型等因素对车辆气动力系数的影响。研究表明车辆运行于桥塔区域及双车交会时,车辆三分力系数均有不同程度的突变趋势;车辆运动引起的列车风使车辆阻力系数的突变程度减弱,使桥塔遮风效应的影响区域变长;公路交通车辆风荷载突变效应较轨道交通车辆的要明显;双车交会时,背风侧车辆风荷载急剧减小,迎风侧车辆三分力系数变化较平稳。     

地面粗糙度对下击暴流风剖面特征影响

地面粗糙度是大气边界层中反映下垫面形态的重要指标,也是影响近地风场特征的重要因素。为研究地面粗糙度对下击暴流风剖面特性的影响,基于计算流体力学方法建立了下击暴流三维足尺模型,通过实验对数值模型进行了验证。通过调整粗糙元高度及分布密度来模拟自然界地面不同的粗糙类别,数值模拟了具有不同地面粗糙长度的下击暴流近地风场。结果表明:在距离风暴中心较近的位置(r≤1.0Djet),地面粗糙度对下击暴流风场的影响并不明显,各径向位置的最大风速值和最大风速所在高度都基本不受地面粗糙度影响;在下击暴流冲击地面后沿径向发展的过程中,经过粗糙的地面,产生能量耗散效应,地面粗糙度对于下击暴流风剖面特征的影响逐渐显著,不同地貌下的竖直风剖面产生较大差异;在近地面高度,地面粗糙度对下击暴流径向风剖面影响显著且影响范围大,沿径向发展的方向下击暴流的风速随着地面粗糙长度的增加而下降更迅速;随着距离地面高度增加,地面粗糙度对径向风剖面的影响主要体现在远离风暴中心的区域。尽管下击暴流形成后沿径向扩散过程存在强度自然衰减过程,但在距离风暴中心较远的径向位置,当遭遇强下击暴流时,下击暴流引起的近地面强风仍然具有很大的威胁和破坏性,因此地面粗糙度对下击暴流风剖面特性的影响不能忽略,需要在风剖面模型中考虑地面粗糙度的修正。     

模型表面粗糙度对冷却塔风致响应及干扰的影响

基于气动弹性模型研究模型表面粗糙度对冷却塔风致响应及干扰的影响。推导了冷却塔气动弹性模型相似关系并据此相似关系成功设计和制作了某核电站200m高超大型冷却塔的1∶400气动弹性模型,在风洞中模拟的1∶400B类风场对三种粗糙度的单、双塔位移响应进行测试。研究发现:气动弹性模型能较精确模拟冷却塔结构的质量、刚度和阻尼相似;最大位移均方差随粗糙度的增加而减小,平均响应在一定粗糙度范围内随粗糙度的增大而减小,但粗糙度超过某临界值时,平均响应随粗糙度的增加而增大;位移响应自功率谱密度曲线的幅值分布、风振系数及干扰因子基本不受粗糙度的影响。     

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。     

核电厂冷却塔水汽扩散影响因素的分析

应用计算流体力学(CFD)技术软件STAR-CD提供的k-ε(RNG)湍流模型与拉格朗日离散相模型(DPM)相结合对Chalk point电厂冷却塔附近流场以及该冷却塔水汽抬升与扩散规律进行了相关的验证,并与SACTI模式预测冷却塔水汽抬升与扩散规律以及Meroney采用CFD技术的计算结果进行比较。基于该验证结果,分别对不同环境风速、环境温度、环境湿度、冷却塔水汽排放温度对水汽扩散的影响进行了相关的研究。结果表明,环境风速与环境温度对冷却塔水汽扩散的影响较大,而环境湿度对冷却塔水汽扩散的影响次之,冷却塔水汽排放温度对水汽扩散的影响较小。并且随着环境风速与环境温度的增大,冷却塔水汽地面沉积浓度逐渐降低;随着环境湿度的增大,冷却塔水汽地面沉积浓度也逐渐增大;随着冷却塔水汽排放温度的增大,水汽地面沉积浓度也略降低。     

光盘形结构风荷载的风洞实验研究

应用风洞模拟实验研究了光盘形状结构的风荷载特性.风洞实验结果表明,在没有周围建筑物影响时,由于光盘形结构的截面具有对称翼型,上、下表面受到风荷载基本上都是负压分布,叠加后作用在光盘结构上的总体风荷载很小.周围建筑的存在对光盘形的风荷载影响很大,有周围建筑时光盘形结构所受的升力要比没有周围建筑时的值大1～3倍以上.特别有趣的是单独光盘形结构的整体风荷载除了受到一个升力的作用外,还受到了一个迎风低头的翻转力矩,为类似结构的风荷载设计提供了有益的启示.