《複雜環境中超大型冷卻塔風振機理與等效靜風荷載研究》是依託南京航空航天大學，由柯世堂擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：複雜環境中超大型冷卻塔風振機理與等效靜風荷載研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：柯世堂
- 依託單位：南京航空航天大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
我國冷卻塔建設日趨高大化（塔高突破世界紀錄200m）和複雜化（群塔組合多變，周邊構築物干擾顯著），指導結構抗風設計的相關規範缺少與之匹配的等效靜力風荷載模型，僅給出165m高度以下單塔、單一風振係數經驗值。事實上，超大型冷卻塔風振具有多荷載形態、多振型參與和多耦合效應特徵，且在複雜環境中其共振和耦合效應愈加突出，相應的等效靜力風荷載計算理論及數學模型亟需建立。為此，擬研製可同步測壓及測振的冷卻塔完備氣彈模型，實現從低風速線性振動到高風速失穩破壞試驗的全過程，獲取並分析考慮自激效應的表面動態風荷載隨機特性；建立超大型冷卻塔風振耦合作用精細化分析方法，並結合風洞試驗揭示複雜環境中超大型冷卻塔風振耦合、自激機理；提出具有原創性的考慮多種失效模式和屈曲失穩形態的等效靜力風荷幾拔重希載數學模型。最終形成超大型冷卻塔抗風設計理論與實用方法，初步探索強風作用下超大型冷卻塔動力災變全過程試驗模擬方法和理論模型。
結題摘要
超大型冷卻塔屬於典型的風敏感結構，我國冷卻塔設計規範的風荷載條款僅給出適用於165m高度以下的單塔單一工況風振係數和環向對稱風壓係數重享，缺少相應的等妹堡習效靜力風荷載模型和氣動抗風措施條款。本辯樂再項目結合風洞試驗、理論推導和數值模擬方法進行了以下三個方面的研究工作：（1）設計製作了可同步測壓測振的超大型冷卻塔完備氣彈模型，進行了典型場地和群塔組合下剛體測壓和氣彈測振風洞試驗，基於試驗結果分析了超大型冷卻塔表面風荷載隨機特性（非高斯、非平穩和時頻域特性）和自激力效應。並結合CFD大渦模擬方法，揭示了超大型冷卻塔表面風場流動機理和繞流及尾跡特性，建立了基於保證率和相關性的超大型冷卻塔極值風壓模型，並給出了劃分冷卻塔表面高斯與非高斯區域的判別標準。（2）基於模態加速度和荷載-回響相關方法提出了能完全考慮背景、共振及兩者之連店燥間耦合項的超大型冷卻塔風振精細化頻域計算方法“一致耦合法”，揭示了複雜環境下超大型冷卻塔風振自激和耦合作用機理，探討了特徵尺寸、阻尼比和周邊干擾對超大型冷卻塔風振機理的影響規律，建立了超大型冷卻塔結構自身構型和各種可能破壞模式之間的內在聯繫，進而提出了考慮多種失效模式和屈曲失穩形態的單一和多目標等效靜力風荷載數學模型。（3）在此基礎上，提出了超大型冷卻塔三種典型氣動抗風措施（矩形導風板、弧形導風板和外部進水槽），並進行了相應的物理和數值風洞試驗模擬，對比研究了不同氣動措施對超大型冷卻塔表面平均和脈動風荷載、風致回響、局部和整體穩定性及極限承載性能的影響。本項目的試驗方法、理論方法和研究成果可為國內外此類超大型冷戶歸懂卻塔抗風設計和氣動措施選取提供科學參考依據，相關研究成果已成功套用到國內寧夏馬蓮台電廠超大型冷卻塔（170m）、京能盛樂熱電廠超大型冷卻塔（180m）、內蒙古土右旗電廠超大型冷卻塔（210m）、山西介休電廠超大型直筒-錐段型鋼結構冷卻塔（180m）和陝西彬長電廠雅晚匙淚特大型冷卻塔（210m）等國內重大工程抗風設計，顯著改進和完善了我國超大型冷卻塔結構抗風設計的可靠性及合理性。研究成果發表期刊及學術論文27篇，其中SCI收錄10篇，EI收錄15篇，參加國際學術會議1次，國內學術會議3次，申請軟體著作權1項。
