直筒‑锥段型钢结构冷却塔风压极值的确定方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种直筒‑锥段型钢结构冷却塔风压极值的确定方法及装置，其中，所述方法包括：预先建立三维足尺模型；建立流体域并进行网格划分；对经过网格划分的流体域进行边界条件设置，并进行表面风荷载模拟；确定所述三维足尺模型表面各个测点的压力系数，并基于各个测点的压力系数换算得到各个测点的体型系数；将所述各个测点的体型系数转换为局部体型系数；确定所述冷却塔对应的阵风系数；根据所述局部体型系数以及所述阵风系数，确定所述直筒‑锥段型钢结构冷却塔的风压极值。本发明专利技术提供的一种直筒‑锥段型钢结构冷却塔风压极值的确定方法及装置，能够根据直筒‑锥段型钢结构冷却塔的实际构造特点，确定出准确的风压极值。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及冷却塔防护
，尤其涉及一种直筒-锥段型钢结构冷却塔风压极值的确定方法及装置。
技术介绍
超大型冷却塔是采用二次循环冷却系统的火/核电站中关键的构筑物。根据行业内的现有认知，1000MW级别火/核电站的冷却塔，塔高一般需要达到180m以上。现有技术中仅给出了一条一维风压拟合曲线，这与大型冷却塔结构表面风压二维分布的特点相悖。超大型冷却塔是火/核电站单体几何体量最大的构筑物之一。因此超大型冷却塔的结构安全性对整个火/核电站的安全具有至关重要的影响。钢结构冷却塔作为一种新颖的冷却塔形式，具有施工快、可回收且不受冬季温度限制等优点，钢结构冷却塔出于施工组装方便和塔内冷却工艺的考量，更多的采用直筒-锥段的外形设置。作用在冷却塔上的风荷载总是随时空变化的，在对建筑结构进行抗风设计时，常常需要关注局部风压。目前，可以用极值风压验算结构的抗风安全性。超大直筒-锥段型钢结构冷却塔作为一种新颖的典型风敏感结构，与传统的双曲线型钢筋混凝土冷却塔相比，这类结构典型的三维绕流特性，使得其表面风荷载的脉动随机特性和风振作用非常复杂，且没有任何工程经验可以借鉴，设计参数选取不当可能会引起结构的风灾破坏。因此，对超大直筒-锥段型钢结构冷却塔进行表面风压极值研究成为此类冷却塔抗风设计亟待解决的问题。现有技术中对于大型冷却塔风压取值的规定均局限于传统双曲线型钢筋混凝土冷却塔，这样的取值方式主要存在以下两点不足：1)冷却塔气动外形的不同导致其表面风荷载脉动随机特性和三维分布相对于传统双曲线型钢筋混凝土冷却塔而言差异明显；2)超大直筒-锥段型钢结构冷却塔主要由内部的格构式钢框架支撑和外表面的围护层两部分组成，其外部围护层受外表面风吸力影响严重，现有技术中并未考虑这一问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种直筒-锥段型钢结构冷却塔风压极值的确定方法及装置，能够根据直筒-锥段型钢结构冷却塔的实际构造特点，确定出准确的风压极值。为实现上述目的，本专利技术提供了一种直筒-锥段型钢结构冷却塔风压极值的确定方法，所述方法包括：预先建立所述直筒-锥段型钢结构冷却塔的三维足尺模型，所述三维足尺模型表面分布有预设数量的测点；根据所述三维足尺模型，建立包含所述三维足尺模型的流体域并对所述流体域进行网格划分；对经过网格划分的流体域进行边界条件设置，并对所述三维足尺模型进行表面风荷载模拟，得到模拟计算结果；根据所述模拟计算结果，确定所述三维足尺模型表面各个测点的压力系数，并基于各个测点的压力系数换算得到各个测点的体型系数；将所述各个测点的体型系数转换为局部体型系数；根据所述直筒-锥段型钢结构冷却塔所处的地貌条件，确定所述冷却塔对应的阵风系数；根据所述局部体型系数以及所述阵风系数，确定所述直筒-锥段型钢结构冷却塔的风压极值。进一步地，根据所述三维足尺模型，建立包含所述三维足尺模型的流体域具体包括：根据所述三维足尺模型的塔高和塔底部直径，确定待建立的流体域的长、宽、高；确定所述待建立的流体域的入口和出口与所述三维足尺模型的相对位置；根据确定的所述长、宽、高以及所述相对位置，建立包含所述三维足尺模型的流体域。进一步地，对经过网格划分的流体域进行边界条件设置具体包括：所述流体域的入口设置为速度入口边界条件；所述流体域的出口设置为压力出口边界条件；所述流体域的顶部和侧面设置为等效于自由滑移壁面的对称边界条件；所述流体域的地面以及建筑物表面设置为无滑移壁面边界条件。进一步地，所述模拟计算结果包括所述三维足尺模型表面上各个测点处的压力、所述三维足尺模型在参考高度处的总压力和静压力；相应地，按照下述公式确定所述三维足尺模型表面各个测点的压力系数： C P i = P i - P ∞ P 0 - P ∞ ]]>其中，CPi表示第i个测点对应的压力系数，Pi为第i个测点处的压力，P0表示所述参考高度处的总压力，P∞表示所述参考高度处的静压力。进一步地，按照下述公式基于各个测点的压力系数换算得到各个测点的体型系数： μ s i = C p i ( z i / h ) 2 α ]]>其中，μsi表示第i个测点的体型系数，zi表示第i个测点所处的高度，h表示预设参考点的高度，α表示地貌粗糙度指数。进一步地，按照下述公式将所述各个测点的体型系数转换为局部体型系数：μsl＝1.25*μsi其中，μsl表示所述局部体型系数，μsi表示第i个测点的体型系数。进一步地，按照下述公式确定所述冷却塔对应的阵风系数： β g z = 1 + 2 gI 10 ( z i 10 ) - α ]]>其中，βgz表示所述阵风系数，g表示峰值因子，I10表示10米高度处的名义湍流度，Zi表示第i个测点所处的高度，α表示地貌粗糙度指数。进一步地，按照下述公式确定所述直筒-锥段型钢结构冷却塔的风压极值：wkmax＝μz*μsl*βgz*w0其中，wkmax表示所述风压极值，μz表示风压高度变化系数，μsl表示局部体型系数，βgz表示阵风系数，w0表示当地基本风压。为实现上述目的，本专利技术还提供一种直筒-锥段型钢结构冷却塔风压极值的确定装置，所述装置包括：三维足尺模型建立单元，用于预先建立所述直筒-锥段型钢结构冷却塔的三维足尺模型，所述三维足尺模型表面分布有预设数量的测点；流体域建立单元，用于根据所述三维足尺模型，建立包含所述三维足尺模型的流体域并对所述流体域进行网格划分；表面风荷载模拟单元，用于对经过网格划分的流体域进行边界条件设置，并对所述三维足尺模型进行表面风荷载模拟，得到模拟计算结果；测点体型系数确定单元，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种直筒‑锥段型钢结构冷却塔风压极值的确定方法，其特征在于，所述方法包括：预先建立所述直筒‑锥段型钢结构冷却塔的三维足尺模型，所述三维足尺模型表面分布有预设数量的测点；根据所述三维足尺模型，建立包含所述三维足尺模型的流体域并对所述流体域进行网格划分；对经过网格划分的流体域进行边界条件设置，并对所述三维足尺模型进行表面风荷载模拟，得到模拟计算结果；根据所述模拟计算结果，确定所述三维足尺模型表面各个测点的压力系数，并基于各个测点的压力系数换算得到各个测点的体型系数；将所述各个测点的体型系数转换为局部体型系数；根据所述直筒‑锥段型钢结构冷却塔所处的地貌条件，确定所述冷却塔对应的阵风系数；根据所述局部体型系数以及所述阵风系数，确定所述直筒‑锥段型钢结构冷却塔的风压极值。

【技术特征摘要】
1.一种直筒-锥段型钢结构冷却塔风压极值的确定方法，其特征在于，所述方法包括：预先建立所述直筒-锥段型钢结构冷却塔的三维足尺模型，所述三维足尺模型表面分布有预设数量的测点；根据所述三维足尺模型，建立包含所述三维足尺模型的流体域并对所述流体域进行网格划分；对经过网格划分的流体域进行边界条件设置，并对所述三维足尺模型进行表面风荷载模拟，得到模拟计算结果；根据所述模拟计算结果，确定所述三维足尺模型表面各个测点的压力系数，并基于各个测点的压力系数换算得到各个测点的体型系数；将所述各个测点的体型系数转换为局部体型系数；根据所述直筒-锥段型钢结构冷却塔所处的地貌条件，确定所述冷却塔对应的阵风系数；根据所述局部体型系数以及所述阵风系数，确定所述直筒-锥段型钢结构冷却塔的风压极值。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述三维足尺模型，建立包含所述三维足尺模型的流体域具体包括：根据所述三维足尺模型的塔高和塔底部直径，确定待建立的流体域的长、宽、高；确定所述待建立的流体域的入口和出口与所述三维足尺模型的相对位置；根据确定的所述长、宽、高以及所述相对位置，建立包含所述三维足尺模型的流体域。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对经过网格划分的流体域进行边界条件设置具体包括：所述流体域的入口设置为速度入口边界条件；所述流体域的出口设置为压力出口边界条件；所述流体域的顶部和侧面设置为等效于自由滑移壁面的对称边界条件；所述流体域的地面以及建筑物表面设置为无滑移壁面边界条件。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述模拟计算结果包括所述三维足尺模型表面上各个测点处的压力、所述三维足尺模型在参考高度处的总压力和静压力；相应地，按照下述公式确定所述三维足尺模型表面各个测点的压力系数： C P i = P i - P ∞ P 0 - P ∞ ]]>其中，CPi表示第i个测点对应的压力系数，Pi为第i个测点处的压力，P0表示所述参考高度处的总压力，P∞表示所述参考高度处的静压力。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，按照下述公式基于各个测点的压力系数换算得到各个测点的体型系数： μ s i = C p i ( z i ...

【专利技术属性】
技术研发人员：柯世堂，王浩，杜凌云，余玮，朱鹏，余文林，徐璐，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32