风雨耦合下大型冷却塔流场特性与表面气动力

发布时间：2024-03-03 12:23

　　现行冷却塔结构抗风设计均忽略了降雨带来的影响,但在强风暴雨极端气候条件下,暴雨亦会直接影响塔筒内、外表面气动力并改变脉动风的湍流效应,而传统研究大多仅关注风驱动雨对于结构表面的冲击效应。为解决该问题,以国内已建世界最高220 m大型冷却塔为例,以风-雨双向耦合算法为核心,首先采用计算流体动力学(Computational fluid dynamics,CFD)技术对冷却塔周围风场进行数值模拟,并将表面风压分布与规范及实测曲线进行对比验证了风场模拟的有效性;再添加离散相模型(Discrete phase model,DPM)并进行雨滴和风场的同步迭代计算。在此基础上,系统研究了塔筒内外表面风驱雨量、雨滴附加作用力和雨致压力系数等影响规律,揭示了风雨场中塔筒表面速度流线、湍动能强度、雨滴运行速度和轨迹的作用机理。最终提出了基于风雨双向耦合算法的风-雨致等效压力系数新模型及其分布特性。研究结论可为此类冷却塔在极端气候下的表面荷载取值提供参考。

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【部分图文】：

图1整体与局部网格划示意图

为同时保证冷却塔处于降雨区和尾流充分发展，计算域尺寸设置为顺风向30D×横风向10D×竖向3H，其中D为冷却塔零米直径，H为塔高，计算模型中心距离计算域入口为3500m，模型最大堵塞度不超过3%。为了兼顾计算效率和精度，将整个计算域划分为外围区域和局部加密区域，形状规整的外围....

图2计算域边界条件示意图

定义计算域入口为速度入口边界（Velocityinlet），出口为压力出口边界（Pressureoutlet），相对压力为0，地面以及冷却塔采用无滑移壁面（Wall），两侧壁及顶面采用等效于自由滑移壁面的对称边界条件（Interface）。对雨滴进行“面”释放，选择计算域顶部....

图3速度及湍流度剖面示意图

按照中国规范[20]设置B类地貌对应的速度和湍流强度分布，其中该冷却塔所在地区10m高度处100年重现期10min最大平均风速为28.3m/s,10m高名义湍流度取为0.14，地面粗糙度系数为0.15，且通过用户自定义函数实现上述入流边界条件与FLUENT的连接。图3给出....

图4冷却塔喉部断面风场数值模拟结果与规范及实测曲线对比示意图

图4给出了冷却塔喉部断面平均风压系数与规范[21]及实测[22]曲线对比示意图。分析可知，冷却塔喉部断面平均风压分布曲线的负压极值点和分离点对应角度与规范和西热曲线完全一致；迎风和背风区域风压系数数值吻合较好，侧风区负压略大于规范值，与西热曲线数值基本吻合。综上认为本文数值模拟结....

本文编号：3917774