模型表面粗糙度对冷却塔风致响应及干扰的影响.pdf

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1、第32卷第3期空气动力学学报Vo1．32．No．32014年O6月ACTAAERoDYNAMICASINICAJun．，2014文章编号：0258—1825(2014J03—0388—07模型表面粗糙度对冷却塔风致响应及干扰的影响邹云峰，陈政清，牛华伟(1．湖南大学风工程试验研究中心，长沙410082；2．中南大学土木T程学院，长沙410075)摘要：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

2、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。关键词：冷却塔；气动弹性模型；风洞试验；粗糙度；风致响应中图分类号：TU311．3文献标识码：Adoi：10．7638／kqdlxxb一2012．0130不同粗糙度下冷却塔的风压分布和整

3、体受力，并将试0引言验结果与已有研究结果进行比较。风洞试验中由于采用缩尺模型导致试验的雷诺以上研究主要分析了模型表面粗糙度对冷却塔数比实际的小2～3个数量级，又由于风洞试验中风风荷载的影响，鲜有涉及冷却塔的风致响应，考虑干速的限制，很难通过增加试验风速来提高雷诺数，而扰效应的几乎没有。事实上，冷却塔风致响应不仅与冷却塔等类圆柱结构表面风压大小及其分布与雷诺数荷载大小有关，还与荷载的分布形式密切相关_1，荷密切相关，因此在风洞试验中必须采取一定的措施对载大小并不能完全反映响应的大小，获得冷却塔风致雷诺数效应进行补偿]。众所周知，圆形截

4、面结构表响应最直接的途径便是气弹模型风洞试验。美国面的绕流特性除受雷诺数影响外，还受结构本身表面ASCE的建筑风洞试验手册_】指出冷却塔的风致响粗糙度的影响，实践证明适当增大模型表面粗糙度可应应通过“ReplicaModels”来测量，所谓“Replica以在低雷诺数条件下模拟高雷诺数时的绕流特性r3]。Models”直译为“原型的复制品”，它是一个按冷却塔目前，已有一些学者研究了冷却塔模型表面粗糙原型严格几何缩尺得到的连续壳体，通过选择合适的度对表面风荷载的影响。Farell等[5_6]在均匀场中测材料，可以实现质量与刚度连续分布

5、的相似性，由于试不同粗糙度下喉部附近某截面的平均风压系数，分是连续体模型，也容易实现塔体各阶模态阻尼比的相析了粗糙度对风压的影响；Niemann_7分析了粗糙度似。但这种气弹模型制作和测试都非常困难，至今只对最小负压、背压等冷却塔风压曲线特征值的影响，有少数学者成功进行了冷却塔气动弹性模型风洞试并给出不同粗糙度下的拟合曲线；PirnerE8比较多种验Ⅲ1引，且由于位移计精度的限制，它们只对某一粗粗糙度下的测试结果，并将试验结果与实测值进行对糙度条件下冷却塔应变响应进行测量，没有对冷却塔比，发现试验得到的脉动风压谱与实测结果基本一的风

6、致位移进行研究。致；刘天成等[9]、董锐等_1。。比较了不同粗糙度下冷却本文推导了冷却塔气动弹性模型的相似关系，据塔某截面的风压分布和阻力系数；沈国辉等_】比较此相似关系成功设计和制作了某核电站2O0m高超*收稿日期：2012~08—01；修订日期：2013—03—22基金项目：国家自然科学基金(50908085，5l178471，51322808)；教育部新世纪优秀人才支持计划(NcET一12一O55O)作者简介：邹云峰(1984一)，男，湖南邵阳人，讲师，从事结构抗风研究．E—mail：yunfengzou@CSU．edu．cn

7、通讯作者：陈政清(1947一)，男，教授，博士生导师，从事桥梁和结构非线性分析与抗风抗震研究．E—mail：zqchen@hnu．edu．cn引用格式：邹云峰。陈政清，牛华伟．模型表面粗糙度对冷却塔风致响应及干扰的影响[J]．空气动力学学报，2014，32(3)：388—394．doi：10．7638／kqdlxxb一2012．0130．ZOUYF，CHENZQ，NIUHW．Influenceofmodelsurfaceroughnessonwind—inducedre—sponseandinterferenceofcoolingt

8、owel"【J1．ACTAAerodynamicaSinica，2014，3Z(3)：388—394．第3期邹云峰等：模型表面粗糙度对冷却塔风致响应及干扰的影响393响；1#冷却塔由于离山体较近，受山体干扰相对较MechanicsDi