适用于超规范特大型冷却塔的二维风振系数计算方法技术

本发明专利技术提供了一种适用于超规范特大型冷却塔的二维风振系数计算方法。所述适用于超规范特大型冷却塔的二维风振系数计算方法包括如下步骤：a、建立几何模型：基于冷却塔实际尺寸建立所述冷却塔的足尺几何模型及所处流场的计算域；b、网格划分：采用局部加密技术对所述计算域进行网格划分；c、数值模拟计算：选用湍流模型，设置边界条件，进行数值风洞模拟分析得到塔筒外表面风压时程；d、求解风振响应：建立所述冷却塔的有限元模型，并对其风振动力响应展开分析；e、计算风振系数：基于结构响应时程计算塔筒二维风振系数；f、分析拟合：基于非线性最小二乘法原理对塔筒风振系数进行拟合，最终给出二维风振系数拟合公式。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于冷却塔
，具体地涉及一种适用于超规范特大型冷却塔的二维风振系数计算方法。
技术介绍
随着我国火/核电产业的迅速发展，一系列超大型冷却塔陆续兴建，其风致振动的问题受到越来越多的关注。我国某在建200m高特大型冷却塔不仅高度突破了现行《火力发电厂水工设计规范》(DL/T5339-2006)塔高165m和《工业循环水冷却设计规范》(GB/T50102-2014)塔高190m的限值，而且相比常规高度冷却塔柔度更大、阻尼更小、自振频率极低且分布密集，结构风振放大效应更加显著，属于典型的风敏感结构。而现行规范缺少此类特大型冷却塔风振系数取值参数条款，且国内外也鲜有其设计风荷载的取值资料和研究成果供参考。由于风荷载的考虑不周而出现的工程事故在国内外时有发生。因此，对于此类超规范特大型冷却塔，亟需根据结构的实际特点进行数值模拟风洞实验，并结合有限元方法提出一种准确有效的适用于超规范特大型冷却塔的二维风振系数计算方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种超规范特大型冷却塔的二维风振系数计算方法，该方法重点在于冷却塔在风荷载时程作用下的二维响应风振系数的分析计算和首次提出基于非线性最小二乘法原理的拟合公式。本专利技术的技术方案如下：一种适用于超规范特大型冷却塔的二维风振系数计算方法包括如下步骤：a、建立几何模型：基于冷却塔实际尺寸建立所述冷却塔的足尺几何模型及所处流场的计算域；b、网格划分：采用局部加密技术对所述计算域进行网格划分；c、数值模拟计算：选用湍流模型，设置边界条件，进行数值风洞模拟分析得到塔筒外表面风压时程；d、求解风振响应：建立所述冷却塔的有限元模型，并对其风振动力响应展开分析；e、计算风振系数：基于结构响应时程计算塔筒二维风振系数；f、分析拟合：基于非线性最小二乘法原理对塔筒风振系数进行拟合，最终给出二维风振系数拟合公式。优选地，在步骤a中，进行所述冷却塔的足尺建模，并基于尾流发展和阻塞率的要求而建立足够尺寸的流场计算域。优选地，在步骤b中，采用局部加密技术对计算域进行网格划分，具有规整形状的外围区域采用结构化网格进行划分，内含冷却塔模型的局部加密区域采用非结构化网格进行划分。优选地，当外围区域采用结构化网格进行划分时，网格区域内所有的内部点都具有相同的毗邻单元，即每个点都具有相同数目的邻点，生成四边形或六面体网格；局部非结构化网格是指网格区域内所有的内部点都不具有相同的毗邻单元，生成不规则连接的三角形或四边形网格。优选地，在步骤c中，通过模拟非稳态边界层湍流风场，采用大涡模拟方法获得冷却塔表面的风荷载时程和周围流场分布，即采用大涡模拟方法来求解不可压缩粘性流体N-S方程，且所述大涡模拟方法采用滤波函数，将流场中的涡分为大尺度涡和小尺度涡，对所述大尺度涡进行直接求解，而所述小尺度涡则采用亚格子模型进行模拟。优选地，在步骤c中，设置的边界条件具体为：利用风场模型的入口给定速度设置边界条件，并将入口处速度剖面和湍流度采用指数率形式，则沿高度方向变化的数学表达式如下式所示： U z = U 0 ( Z Z 0 ) α , ]]> I z ( z ) = I 10 I z ‾ ( z ) , ]]> I z ‾ ( z ) = ( z 10 ) - α , ]]>式中α为地面粗糙度系数，U0为该地空旷地区z0＝10m高度处50或100年重现期10min最大平均风速，Z为计算高度距地面的距离，Uz是对应高度Z的风速，Iz是对应高度Z的名义湍流度，I10为10m高名义湍流度，对应A、B、C、D四类地面粗糙度。优选地，风荷载压力系数的计算公式如下所示：Cpi＝(Pi-PH)/0.5ρVH2式中：Cpi为i点的平均风压系数，Pi为测点平均压力，单位(Pa)，PH为参考高度处远前方的静压，单位(Pa)，ρ为空气密度，VH为参考高度处远前方的平均风速；压力系数与体型系数的转换： μ s i = C p i μ z i μ z r = C p i { Z r Z i本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种适用于超规范特大型冷却塔的二维风振系数计算方法，其特征在于：包括如下步骤：a、建立几何模型：基于冷却塔实际尺寸建立所述冷却塔的足尺几何模型及所处流场的计算域；b、网格划分：采用局部加密技术对所述计算域进行网格划分；c、数值模拟计算：选用湍流模型，设置边界条件，进行数值风洞模拟分析得到塔筒外表面风压时程；d、求解风振响应：建立所述冷却塔的有限元模型，并对其风振动力响应展开分析；e、计算风振系数：基于结构响应时程计算塔筒二维风振系数；f、分析拟合：基于非线性最小二乘法原理对塔筒风振系数进行拟合，最终给出二维风振系数拟合公式。

【技术特征摘要】
1.一种适用于超规范特大型冷却塔的二维风振系数计算方法，其特征在于：包括如下步骤：a、建立几何模型：基于冷却塔实际尺寸建立所述冷却塔的足尺几何模型及所处流场的计算域；b、网格划分：采用局部加密技术对所述计算域进行网格划分；c、数值模拟计算：选用湍流模型，设置边界条件，进行数值风洞模拟分析得到塔筒外表面风压时程；d、求解风振响应：建立所述冷却塔的有限元模型，并对其风振动力响应展开分析；e、计算风振系数：基于结构响应时程计算塔筒二维风振系数；f、分析拟合：基于非线性最小二乘法原理对塔筒风振系数进行拟合，最终给出二维风振系数拟合公式。2.根据权利要求1所述的适用于超规范特大型冷却塔的二维风振系数计算方法，其特征在于：在步骤a中，进行所述冷却塔的足尺建模，并基于尾流发展和阻塞率的要求建立足够尺寸的流场计算域。3.根据权利要求1所述的适用于超规范特大型冷却塔的二维风振系数计算方法，其特征在于：在步骤b中，采用局部加密技术对计算域进行网格划分，具有规整形状的外围区域采用结构化网格进行划分，内含冷却塔模型的局部加密区域采用非结构化网格进行划分。4.根据权利要求3所述的适用于超规范特大型冷却塔的二维风振系数计算方法，其特征在于：当外围区域采用结构化网格进行划分时，网格区域内所有的内部点都具有相同的毗邻单元，即每个点都具有相同数目的邻点，生成四边形或六面体网格；局部非结构化网格是指网格区域内所有的内部点都不具有相同的毗邻单元，生成不规则连接的三角形或四边形网格。5.根据权利要求1所述的适用于超规范特大型冷却塔的二维风振系数计算方法，其特征在于：在步骤c中，通过模拟非稳态边界层湍流风场，采用大涡模拟方法获得冷却塔表面的风荷载时程和周围流场分布，即采用大涡模拟方法来求解不可压缩粘性流体N-S方程，且所述大涡模拟方法采用滤波函数，将流场中的涡分为大尺度涡和小尺度涡，对所述大尺度涡进行直接求解，而所述小尺度涡则采用亚格子模型进行模拟。6.根据权利要求5所述的适用于超规范特大型冷却塔的二维风振系数计算方法，其特征在于：在步骤c中，设置的边界条件具体为：利用风场模型的入口给定速度设置边界条件，并将入口处速度剖面和湍流度采用指数率形式，则沿高度方向变化的数学表达式如下式所示： U z = U 0 ( Z Z 0 ) ...

【专利技术属性】
技术研发人员：柯世堂，余文林，杜凌云，王浩，朱鹏，余玮，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