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复杂山体下双塔布置超大型冷却塔风致干扰效应研究

柯世堂 余文林 王浩 朱鹏 余玮 杜凌云

柯世堂, 余文林, 王浩, 等. 复杂山体下双塔布置超大型冷却塔风致干扰效应研究[J]. 实验流体力学, 2018, 32(4): 61-71. doi: 10.11729/syltlx20180044
引用本文: 柯世堂, 余文林, 王浩, 等. 复杂山体下双塔布置超大型冷却塔风致干扰效应研究[J]. 实验流体力学, 2018, 32(4): 61-71. doi: 10.11729/syltlx20180044
Ke Shitang, Yu Wenlin, Wang Hao, et al. Research on interference effect of super large cooling towers with two tower combinations under complex mountains[J]. Journal of Experiments in Fluid Mechanics, 2018, 32(4): 61-71. doi: 10.11729/syltlx20180044
Citation: Ke Shitang, Yu Wenlin, Wang Hao, et al. Research on interference effect of super large cooling towers with two tower combinations under complex mountains[J]. Journal of Experiments in Fluid Mechanics, 2018, 32(4): 61-71. doi: 10.11729/syltlx20180044

复杂山体下双塔布置超大型冷却塔风致干扰效应研究

doi: 10.11729/syltlx20180044
基金项目: 

国家自然科学基金 51761165022

国家自然科学基金 518748351

国家自然科学基金 U1733129

江苏省优秀青年基金 BK20160083

中国博士后科学基金 2013M530255

中国博士后科学基金 1202006B

江苏省六大人才高峰层次人才计划 JZ-026

详细信息
    作者简介:

    柯世堂(1982-), 男, 安徽池州人, 博士, 教授。研究方向:结构抗风与抗震。通信地址:江苏省南京市秦淮区御道街29号南京航空航天大学明故宫校区航空宇航学院土木工程系(210016)。E-mail:keshitang@163.com

    通讯作者:

    柯世堂, E-mail:keshitang@163.com

  • 中图分类号: TU33+2

Research on interference effect of super large cooling towers with two tower combinations under complex mountains

  • 摘要: 以中国西北地区已建成的210m世界最高冷却塔为例,采用风洞试验和CFD数值模拟两种方法,获得了考虑复杂山体(海拔接近冷却塔喉部高度,且距离塔体很近)双塔布置冷却塔表面流场信息和压力分布模式。在此基础上,对比分析考虑复杂山体和建筑干扰时冷却塔表面最大负压、基于极值负风压的干扰系数和平均风压分布特性,并针对最不利工况进行复杂山体和塔群之间的风致干扰机理研究。研究表明:采用风洞试验和数值模拟两种方法得到的冷却塔基于极值负风压的干扰系数分布规律一致,两者最大值相差8%;复杂山体对冷却塔群来流湍流和表面风压分布模式的影响显著,同时受到冷却塔和干扰建筑物之间"夹道效应"的影响,最不利工况下冷却塔基于极值负风压的干扰系数可达1.586,远大于没有复杂山体时的工程常见干扰系数。
  • 图  1  冷却塔结构示意图和平面布置图

    Figure  1.  Structural diagram and plane layout of cooling towers

    图  2  冷却塔模型测点布置图

    Figure  2.  Measuring points of models for cooling towers

    图  3  B类风场模拟结果

    Figure  3.  Simulation results of type-B landform

    图  4  风洞试验模型布置图

    Figure  4.  Layout of models for wind tunnel experiment

    图  5  单塔喉部断面风压分布结果及对比

    Figure  5.  Wind pressure distribution on throat section of single tower

    图  6  单塔风压系数均值与均方差分布

    Figure  6.  Mean value and standard deviation distribution of wind pressure coefficient for single tower

    图  7  双塔布置时塔A风压系数均值与均方差三维分布

    Figure  7.  Mean value and standard deviation distribution of wind pressure coefficient for tower A

    图  8  双塔布置时塔B风压系数均值与均方差三维分布

    Figure  8.  Mean value and standard deviation distribution of wind pressure coefficient for tower B

    图  9  计算域及模型网格划分示意图

    Figure  9.  Sketch of computational field and model mesh

    图  10  单塔数值模拟结果

    Figure  10.  Numerical simulation results for single tower

    图  11  试验结果与规范及实测结果对比

    Figure  11.  Comparison among experimental results, code and actual measurement results

    图  12  不同风向角下塔A、塔B基于极值负风压的干扰系数分布曲线

    Figure  12.  Interference factor distribution based on the extremum of negative wind pressure of tower A and tower B under different wind direction angles

    图  13  最不利风向角下塔A和塔B的升力系数、阻力系数分布

    Figure  13.  Lift coefficient and drag coefficient distribution of tower A and tower B at the most unfavorable wind directions

    图  14  最不利风向角下塔A、塔B三维压力系数云图

    Figure  14.  Three-dimensional pressure coefficient contours of tower A and tower B at the most unfavorable wind directions

    图  15  最不利风向角下塔A、塔B最大负压截面压力云图

    Figure  15.  Pressure contours on the biggest pressure sections of tower A and tower B at the most unfavorable wind directions

    图  16  最不利工况下(247.5°风向角)塔A速度流场图

    Figure  16.  Velocity flow field of cooling tower A under the most disadvantage condition (247.5° wind direction condition)

    图  17  最不利工况下(225°风向角)塔B速度流场图

    Figure  17.  Velocity flow field of cooling tower B under the most disadvantage condition (225° wind direction condition)

    图  18  最不利风向角下塔A、塔B最大负压截面湍动能分布云图

    Figure  18.  Tubulence energy distribution on the biggest negative pressure sections of tower A and B at the most unfavorable wind directions

    图  19  最不利风向角下塔A、塔B侧面湍动能分布云图

    Figure  19.  Turbulence energy distribution on the side of tower A and B at the most unfavorable wind directions

    表  1  主要干扰建筑物高度汇总表(单位:m)

    Table  1.   Summary of main interference buildings' height (unit: m)

    建筑物类别 烟囱 引风机室 送风机室 电除尘器 锅炉房 煤仓间 汽机房
    建筑物1 210 33 52 36 88 55 35
    建筑物2 240 66 97.5 95 36
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    表  2  单个冷却塔整体阻力系数特征值与规范及实测结果对比

    Table  2.   Comparison among characteristic values of drag coefficient of single tower, code values and measured results

    名称 整体阻力系数特征值
    均值 根方差 极值
    单塔 0.408 0.120 0.708
    规范 0.386 / /
    西热曲线(实测结果) 0.426 / /
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    表  3  不同风向角下塔A、塔B最大负压系数

    Table  3.   Maximum negative pressure coefficient of tower A and tower B under different wind direction angles

    角度
    /(°)
    最大负压系数
    塔A 塔B
    数值模拟 风洞试验 数值模拟 风洞试验
    0 1.849 1.669 1.628 1.366
    22.5 1.792 1.471 1.732 1.289
    45.0 1.736 1.209 1.789 1.262
    67.5 1.679 1.067 1.684 1.581
    90.0 1.591 0.968 1.418 0.897
    112.5 1.652 1.054 1.497 1.370
    135.0 1.679 1.314 1.575 1.616
    157.5 1.707 1.476 1.653 1.581
    180.0 1.734 1.579 1.732 1.786
    202.5 1.831 1.613 1.750 1.883
    225.0 1.909 1.786 1.980 1.912
    247.5 2.349 2.347 1.785 1.518
    270.0 1.837 0.940 1.586 1.009
    292.5 2.009 2.248 1.729 1.376
    315.0 1.843 1.644 1.765 1.501
    337.5 1.847 1.658 1.802 1.455
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    表  4  国内电厂典型群塔组合最不利来流风向角下最大干扰系数汇总表

    Table  4.   Summary of maximal interference factors for combined towers under the worst condition in domestic factories

    编号 冷却塔类别和高度 群塔组合 场地类别 风洞试验模型 干扰系数 干扰参数
    1 湿冷塔(150m) 双塔 B类 1:200刚体测压 1.107 迎风面子午向轴力均值
    2 湿冷塔(150m) 双塔 B类 1:500刚体测压 1.053 整体阻力系数均值
    3 湿冷塔(150m) 双塔 B类 1:200刚体测压 1.192 最大负压均值
    4 湿冷塔(177m) 双塔 A类 1:200刚体测压 1.226 整体阻力系数极值
    5 湿冷塔(167m) 双塔 B类 1:200刚体测压 1.193 迎风面径向位移均值
    6 湿冷塔(155m) 三塔 B类 1:200刚体测压 1.336 整体阻力系数均值
    7 间冷塔(180m) 三塔 B类 1:250刚体测压 1.190 整体阻力系数均值
    8 湿冷塔(150m) 四塔 B类 1:200刚体测压 1.254 整体阻力系数极值
    9 湿冷塔(177m) 四塔 A类 1:200刚体测压 1.385 整体阻力系数极值
    10 湿冷塔(184m) 八塔 B类 1:200刚体测压 1.444 整体阻力系数极值
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    Shen G H, Bao K Y, Sun B N, et al. Study on the surface wind pressure of large cooling towers in single tower and twin towers[J]. Journal of Huazhong University of Science and Technology:Natural Science Edition, 2011, 39(7):104-108. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-HZLG201107026.htm
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出版历程
  • 收稿日期:  2018-03-30
  • 修回日期:  2018-06-01
  • 刊出日期:  2018-08-25

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    2021年8月13日