横向风振对石油化工塔型设备设计的影响

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1、学兔兔www.xuetutu.com刘银卯等横向风振对石油化工塔型设备设计的影响29横向风振对石油化工塔型设备设计的影响刘银卯闫向刚河北省石油化工设计院有限公司石家庄050061摘要分析横向风振的发生机理和发生条件，通过对常见的塔型设备计算分析，总结出需要注意横向风振的塔的几何尺寸；通过某工程实例的计算来研究横向风振对结构的影响程度。关键词风荷载漩涡横向风振临界风速塔石油化工塔型设备在风力作用下，将产生两用下迫使主流绕过堆积起来的流体，脱离塔体表个方向的振动。一种是顺风向的振动，振动的方面朝下游方向流去，形成了边界分离的现象。向与风的流

2、向一致；另一种是横风向的振动，振c点的下游，还形成流体的空白区，在逆向压动的方向与风的流向垂直。前一种振动是常规设强梯度的作用下，必然有倒流的流体来补充，倒计的主要内容，后一种振动也称风诱发的振动，流的流体又受C点高压强的影响而被推开，于是以前在工程界较少予以重视。自从美国华盛顿州在塔体的背后产生了漩涡。随着雷诺数的增大，塔科马海峡大桥(TacomaNarrowsBridge)因风诱漩涡脱离塔体，漩涡的脱落是交替发生的，先从发的振动被毁之后，接着在英美等国又发生钢烟塔体的一侧而后再从塔体的另一侧，脱落的漩涡囱剧烈振动与断裂的事故。因此诱

3、发振动的研究随即被主流冲走。随着雷诺数的进一步增大，上便日益受到各国工程界的重视，而在塔型设备设述过程进一步加剧。漩涡从两侧交替脱落是连续计时考虑风诱发的振动已成为必然趋势。横风向的，于是在尾流中形成两排漩涡，称为涡街或卡风振对塔型设备及其基础的设计影响不可小视，门涡街。根据资料显示，在实际工程中，也观测到塔型设漩涡脱落会引起环量，从而产生横向力作用备有产生横向风振的情况。在塔体上。漩涡脱落具有一定的频率或周期，从而造成横向动力作用，产生横风向振动，形成强1横向风振产生的机理迫振动，因而横风向的风力属于动力荷载的范畴。由流体力学知识可知

4、，当风以一定速度绕圆在一般情况下，横风向风力只有顺风向风力的1／4柱形的塔型设备流至A点时，速度为0，由伯努利左右。但是，如果涡流脱落频率与塔结构自振频方程可知该处压强为最大；当风转折向沿塔的表率接近时，将产生横风向共振，出现与顺风向同面由A到B时，速度不断增加而面压不断降低；量级或大得多的响应。漩涡脱落形成见图1。在由B到D时，则速度不断减小而压强不断升高。由于塔表面存在边界层，层内质点的速度从壁面为零而向离壁面方向逐渐增大，直到与层外主流D"-_====：=====速度相同。尽管粘性摩擦力的影响使层内流体速度降低，但塔体的前半周依靠

5、与层外主流进行的动量交换，从主流获得的能量仍然可以使层内流图1圆柱绕流的漩涡脱落形成示意体的速度不会降低。而在塔的后半周，由于主流2横风向风荷载共振发生的条件的减速，边界层不能从主流获得补充的能量以改善层内流体顺粘性摩擦力引起的降速，结果导致根据《建筑结构荷载规范》GB50009—2001边界层不断增厚，在塔体C处，流体完全静止不(2006年版)规定，对圆形截面的结构，应按下列动并逐渐堆积起来，压强也为最大。在高压强的作规定对不同雷诺数Re的情况进行横风向风振(漩刘银卯：高级工程师。1986年毕业于河北工业大学工业与民用建筑专业。从事设

6、计工作。联系电话：(0311)85180351，E—mailyinmao．Liu@pechdi．COITLcn。学兔兔www.xuetutu.comCHEMICALENGINEERGDEsIGN涡脱落)的校核：5．2．4条验算，对于第1振型横风向风振，当塔顶(1)当Re<3×10且结构顶部风速v大于端设计风压值W满足式(5)时，塔基础承载能1)。时，可发生亚临界的微风共振。此时可在结构力极限状态仍由顺风向设计风压控制。上采取防振措施，或控制结构的l临界风速1J不小埘≥。／+(5)于15m／s。／S12v(2)当Re≥3．5×10且结构顶

7、部风速u的cdwI丽1．2倍大于时，可发生跨临界的强风共振，此时式中，Wn为设备顶部风压设计值；，为风振计算应考虑横风向风荷载引起的共振效应。时，第一振型结构阻尼比，按0．035取用；13为(3)当3×10≤Re<3．5×10时，则发生超设备顶端风振系数，按《建筑结构荷载规范》GB临界范围的风振，可不作处理。50009—2001(2006版)的规定计算；W刚为对应下面通过计算来得出需要考虑共振效应的塔第一振型临界风速的设备顶部顺风向基本风压值；的特征。v为第一振型对应的临界风速。由雷诺数Re公式：Re=69000vD(1)如果塔顶端设计

8、风压值W不满足式(5)时，应按GB50009—2001(2006年版)第7．6．2条、式中，为计算所用风速，可取。值；D为结构截面的直径。第7．6．3条计算横风向风荷载引起的共振效应。D⋯【z)3横风向风荷