塔设备振动对气动特性影响及其风致共振判别方法研究

发布时间：2020-04-10 04:52

【摘要】：塔设备作为石油化工中的重要设备之一,具有十分广泛的应用。然而呈细长结构的塔设备振动频率低,容易与风载荷耦合导致流致振动,甚至引起结构破坏从而威胁塔设备的安全运行。塔设备的振动通常会引起卡门涡脱落阵型、脱落频率等的改变并大幅度地改变非定常气动特性。然而,国内外尚未开展塔设备振动对非定常旋涡脱落及其非定常气动特性的影响。本文针对塔设备振动对气动特性影响这一关键问题,开展了如下工作:(1)采用修正的Transition SST湍流模型的CFD数值方法,开展塔设备的非定常流动数值模拟方法研究,通过与经典圆柱绕流试验的表面风压系数分布对比验证了本文模拟方法的准确性,基于正交参数法研究强风风况下适用于塔设备的带分离修正的三维非定常气动力高精度预测方法。(2)简化塔设备振动为二维的正弦运动,采用弹簧动网格技术实现网格动态生成。采用本文数值模拟方法,研究了塔设备振动频率以及振幅的变化对横向力系数、阻力系数和涡脱落频率等气动参数的影响规律,并首次总结了“频率凹坑”这一关键问题。(3)开展了塔设备振动对气动特性的三维研究,分析了塔设备旋涡沿高度方向上三维分布规律、涡动态生成和脱落规律,给出了塔设备三维流场结构。在此基础上针对“频率凹坑”的典型参数,研究雷诺数、塔设备三维振动及振动频率对三维旋涡结构的影响,揭示了三维复杂振动形式下的塔设备振动对非定常旋涡脱落的影响机制及其共振判别方法。
【图文】：

塔设备,三维模型,空塔

浙江工业大学硕士学位论文（学术型）献都表明：处于停工检修期间的空塔经常发生强烈风致振动。所以，本章塔设备的模型选用更容易发生剧烈振动的空塔模型。高耸塔设备的三维模型是在 ANSYS WorkbenchDM 中建立的，由上下封头、裙座、筒体四部分构成，，模型见图 2-1。

塔设备,网格划分,模态分析

(c) (d)图 2-2 塔设备的网格划分2.3 塔设备的模态分析2.3.1 模态分析的理论基础（1）模态分析简介模态分析是用来确定结构振动特性的一种技术，为后续的加载求解打好必要的基础，谐响应分析、响应谱分析、瞬态动力学分析等均需要在它基础上计算[59]。基本运动方程如下： i i iK M (2-1)式中[K]是刚度矩阵，i 是第 i 阶模态的固有频率，[M]是质量矩阵。( ) 2=0i iK M (2-2)式中各特征向量 i 为对应的该频率的主振型。
【学位授予单位】：浙江工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TE65;TQ053.5

【参考文献】