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      雷諾數效應模擬大型冷卻塔風荷載特性風洞研究
       
       

      雷諾數效應模擬大型冷卻塔風荷載特性風洞研究

      本文超大型冷卻塔原型結構在設計風速下雷諾數范圍為 1.5×108-3.5×108。由于物理風洞本身的局限性,難以簡單通過提高試驗風速或增大結構模型幾何尺寸再現這種高雷諾數下表面繞流形態。類圓柱結構繞流特性不僅與雷諾數有關,而且還與表面粗糙度等因素有密切的關系。實踐證明,可以通過適當改變模型表面粗糙度來近似模擬高雷諾數時的繞流特性。

      比較了多種改變表面粗糙度方案,最后確定采用在表面刻線(沿圓周均勻分布深 0.1mm 計 36 條豎向通長刻線)+粗糙紙帶(沿圓周均勻分布寬 12mm 厚 0.1mm 計 36 條豎向通長粗糙紙帶)和調整試驗風速(8m/s)手段來模擬高雷諾數效應。模擬標準為冷卻塔表面壓力分布、整體阻力系數和 St 數取值等。雙曲線冷卻塔平均風壓分布系數,選用水工規范推薦的西安熱工所風壓分布八項式擬合曲線,模擬過程著重于最大壓力系數、最小壓力系數、尾流壓力系數、零壓力系數角度、最小壓力系數角度和分離角度。由圖 3 比較可知表面刻線+粗糙紙帶在 8m/s 試驗風速下冷卻塔中間 6 個斷面平均表面壓力分布與規范值吻合較好,中段截面阻力系數CD = 0.436

      試驗結果與規范表面壓力分布比較

      尾流測試
      斯脫羅哈數是結構幾何形狀和雷諾數的函數。當雷諾數 Re>3.5×106 時,類圓柱結構尾流渦脫中紊流成份較為突出,但仍會出現有規律的旋渦脫落,這時 St 數稍大于 0.2[10]。St 數與結構的動力響應密切相關,也是本試驗需要模擬的雷諾數效應之一。由于尾流脈動成份的紊亂性,渦脫頻率直接實測較為困難。風速尾流有規律的旋渦脫落,使結構物表面的壓力周期性變化,引起橫向風荷載表現為周期性作用,這個周期應該與尾流的旋渦脫落周期一致,升力(橫風向力)時程頻譜與尾流時程頻譜的卓越頻率應該相近,所以本文嘗試通過對整體升力時程的頻譜函數間接確定渦脫卓越頻率。為了驗證這種方法的有效性,采用熱線風速儀對冷卻塔尾流進行了多點實測。
      把熱線風速儀置于冷卻塔背風側,改變風速儀探頭的高度以及與冷卻塔的距離,在 8m/s 試驗風速條件下對冷卻塔尾流區域空間多個點位進行了測試。結果表明,探頭位置在距離地面約 2/3 塔高處、距離模型背風側表面約 0.8 倍喉部中面半徑處測得的尾流渦脫頻率最為明顯,見圖 4(a)。對冷卻塔表面壓力系數時程積分,得到整體升力時程,  圖 4(b)為升力系數時程的頻譜函數。
      尾流渦脫頻率(2.411Hz)與升力系數時程的頻譜變化得到的頻率(2.594Hz)比較接近,相對偏差為 7.5%。用尾流渦脫頻率和升力系數時程的頻譜變換計算的 St 數分別為 0.235 和 0.253(特征尺寸取冷卻塔模型喉部直徑 0.78m,風速為 8m/s),均大于 0.2,進一步驗證了冷卻塔 St 數完全符合本試驗模擬的目標值。

      來源:冷卻塔 http://www.51lqt.cn/

       
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