大型冷却塔的双塔干扰效应和考虑下部结构的有限元分析

摘要

大型冷却塔是一种典型的钢筋混凝土薄壁结构，常在电厂中用作水冷却设备。随着我国国民经济的快速发展，大量冷却塔被兴建，并朝着高度更高、直径更大的方向发展。由于冷却塔体型庞大、壁厚极薄，风荷载成为其主要的控制荷载，而且实际工程中冷却塔常常成群布置，使塔筒表面风压和结构响应与单塔时相比发生显著变化，存在着风致干扰效应。本文通过风洞试验，对冷却塔双塔干扰问题进行研究，又借助Fluent流体分析软件对双塔干扰进行了CFD数值模拟，并将两者结果进行对比分析。此外，本文还对冷却塔环基的梁、壳建模方式进行了对比，为工程应用提供指导。主要研究内容包括以下几方面:
　　(1)冷却塔表面风压相关性分析。本文对单塔时冷却塔上部、中部和下部测层各测点的相关性进行分析，获得了环向测点风压相关性强弱及其分布信息;又对单塔时冷却塔不同纬向角的子午线上各测点的相关性进行分析，获得了子午向测点风压相关性强弱及其分布信息。
　　(2)冷却塔双塔干扰效应研究。通过分析不同塔间距L/D、风向角β下冷却塔的风洞试验结果，给出了双塔时冷却塔表面风压的干扰效应，以及冷却塔阻力系数、升力系数、底部剪力系数、弯矩系数和基于ANSYS瞬态分析的风致响应（径向位移、子午向薄膜力、周向薄膜力）的干扰系数曲线。
　　(3)冷却塔双塔干扰的CFD数值模拟。通过CFD数值模拟软件Fluent进行单塔时冷却塔表面风压分布的研究，进而分析双塔时冷却塔随塔间距L/D、风向角β的干扰效应变化规律，并将此与实验实测结果做对比。CFD数值模拟具有较高精度，得到的关于冷却塔单塔表面风压分布以及冷却塔双塔干扰的规律与风洞试验一致，但个别工况下仍存在较大差异。
　　(4)冷却塔环基研究。环基常见的建模方式为梁单元和壳单元，本文首先对这两种单元建模方式下弹簧（用于模拟桩）刚度对环基内力的影响进行分析，进而对两种单元建模方式进行对比，验证了梁、壳单元模拟环基的可行性，但相比而言，壳单元模拟的环基能够得到更多关于环基变形、环基内力的信息。

目录

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致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 冷却塔简介

1．2 冷却塔干扰效应研究现状

1．3 冷却塔结构分析研究现状

1．4 本文研究内容

第二章 单塔表面风压的风洞试验研究

2．1 冷却塔风洞试验相关

2．2 冷却塔风压数据的处理

2．3 冷却塔单塔时表面风场分析

2．4 本章小结

第三章 基于风洞试验的双塔干扰效应研究

3．1 表面风压的双塔干扰

3．2 塔底剪力的双塔干扰

3．3 塔底弯矩的双塔干扰

3．4 风致响应的双塔干扰

3．5 本章小结

第四章 单塔及双塔时CFD数值模拟

4．1 CFD数值分析原理

4．2 冷却塔单塔的CFD数值模拟

4．3 冷却塔双塔干扰的CFD数值模拟

4．4 CFD数位模拟与风洞试验对比

4．5 本章小结

第五章 考虑上部结构-基础-桩体的有限元建模研究

5．1 冷却塔有限元建模

5．2 桩基刚度对环基内力的影响

5．3 环基采用梁或壳单元建模对比

5．4 环基壳单元建模下冷却塔下部结构分析

5．5 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 本文研究内容与相关结论

6．2 本文不足及对未来研究展望

参考文献

作者简介

作者在攻读硕士学位期间取得的科研成果