摘要：针对现有土木工程领域台风理论模型过度简化的问题,首先引入基于非静力平衡欧拉方程模型的天气预报模式(WRF)对“鲇鱼”台风进行高时空分辨率模拟,并基于非线性最小二乘法拟合得到边界层风速剖面。同时,为系统对比台风与良态风场的差异性,设置与该台风风速剖面在规范A类地貌梯度高度处风速相同的良态风风速剖面,并分别集成至用户自定义函数(UDF程序)中作为小尺度CFD数值模拟入口条件。在此基础上,以中国东南沿海地区某风电场的5 MW水平轴风力机为研究对象,以风-沙双向耦合算法为核心,采用连续相和离散相模型(DPM)进行风场和沙粒组合的同步迭代模拟,对比研究台风和良态风作用对沙粒运动特征、结构表面等效压力分布模式和升阻力系数特性等的影响规律。结果表明:WRF模式可有效模拟近地面台风风场,拟合的“鲇鱼”台风剖面指数为0.091。与良态风相比,中尺度台风作用显著加剧了风力机结构表面三维气动力分布模式。相较于风荷载,沙荷载主要冲击塔架中下部迎风区域两侧各30°范围,沙荷载与风荷载比值达3.937%,沙压系数最大值为0.09。强台风与大粒径沙粒耦合冲击效应更显著,塔架阻力系数最大增幅可达9.80%,相较于良态风场塔架阻力系数极大值增大13.79%。

摘要：作为一种新颖的风敏感结构,直筒-锥段型钢结构冷却塔曲面形状和动力特性复杂、结构柔性和风致效应明显增大,整体稳定性能是其结构设计的瓶颈之一,尤其是结构几何、材料非线性及其高阶振型的影响。本文采用CFD技术数值模拟获得钢结构冷却塔表面风荷载分布模式,基于ANSYS软件建立主筒+加强桁架+附属桁架(铰接)耦合的一体化钢结构冷却塔有限元模型,以不同特征值屈曲模态作为初始几何缺陷分布形式,并基于几何及材料双重非线性有限元方法,系统研究了此类钢结构冷却塔在不同风速下低阶和高阶模态的稳定性能,涉及分歧失稳形态、极值失稳形态、临界失稳风速和静风响应。研究表明:考虑几何及材料双重非线性下钢结构冷却塔临界屈曲承载力下降;基阶屈曲波形相对较小,对几何初始缺陷不敏感;随着风速的增大,附属桁架最先发生失稳屈曲,然后依次为加强桁架和主筒。几何初始缺陷系数及阶数的改变对失稳临界风速影响较小,但随着阶数的增加,非线性分析过程中的变形趋势由附属桁架逐渐转移到主筒。所得主要结论可为此类新型钢结构冷却塔的抗风稳定性验算提供参考。

摘要：为了研究电厂超大型排烟冷却塔结构的稳定性能,进行群塔刚体测压和气弹测振模型风洞试验,获得计算风致稳定性所需的表面压力极值分布模式、多塔比例系数和风振系数等参数,采用有限元数值模拟方法和自行编制的前、后处理程序验算了排烟冷却塔的局部、整体稳定性能和极限承载力.计算结果表明:烟道周边壳体局部稳定性安全因子低于规范最小值,必须采取加固措施;加固后冷却塔整体最不利失稳临界风速大于设计检验风速,且考虑内吸力影响会使其有30%左右的下降幅度;施工状态承载力验算表明,随着施工高度的上升,临界风速逐渐降低,当施工模板层数达到100时,其临界风速为119.41 m/s,远大于当地50 a一遇年最大风速(24 m/s).

摘要：介绍了风力机塔筒在多荷载联合作用下临界屈曲荷载的工程算法与有限元分析方法,并以某5 MW风力机塔筒为研究对象,对比分析不同方法得到的临界屈曲荷载。计算结果表明,线性屈曲分析由于未考虑非线性因素的影响,得到的临界屈曲荷载偏大,而非线性屈曲分析与工程算法得到的计算结果相近。根据计算结果得出,相关标准提出的工程算法存在一定的局限性,在实际验算中需采用有限元方法进行辅助分析,同时提出一种考虑初始缺陷的非线性屈曲分析方法。

摘要：中国现行规范的夏季日照筒壁温差条款源自20世纪80年代秦岭电厂的单一冷却塔(105m)实测结果,既有条款忽略了不同地域与不同尺度的温差分布影响,同时国际上现有冷却塔夏季日照温差分布准则取值存在差异,亟需开展真实大型冷却塔日照筒壁温差更普适的实测研究。鉴于此,基于预制墙板日照试验实现非接触式红外三维测温技术的有效性校订,以分布于我国“寒冷及严寒地区”的五座不同典型高度的大型冷却塔进行夏季全天候的筒壁温差实测;基于实测数据数理统计,提炼了日照筒壁温差的板内梯度分布、时域演变规律、空间分布模式和向阳内壁特性;在此基础上,量化了夏季日照筒壁温差子午向分布、环向分布、最大温差取值,提炼了囊括向阳内壁的大型冷却塔筒壁温差分布准则。研究发现,我国“寒冷及严寒地区”应考虑日照温度应力;日照筒壁温差沿厚度为三段式梯度分布,沿塔高约为恒值,沿环向为外表面非对称半圆分布,喉部以上向阳内壁具有负温差。研究结论加深了对大型冷却塔日照温差分布的理解,也为规范修订提供实测依据。

摘要：双曲薄壳冷却塔是典型的风敏感结构,气动弹性模型风洞试验是研究其风振响应的有效方法。根据某大型双曲冷却塔结构动力特性和风振响应的特点,按相似准则合理简化,成功设计和制作了这一复杂结构的气动弹性模型,并在大型边界层风洞中模拟的B类风场、7个工况共112个风向角下进行了试验。根据试验结果可得:结构的位移响应特征参数均和风速呈现线性关系,干扰作用减小了位移响应的均值,增大了其脉动量,并使其沿环向的变化趋势发生改变;8m/s风速下测压试验计算的结构响应值相比气弹试验结果均值偏小、均方差偏大;单塔工况下背景分量占据主导地位,而多塔干扰影响使背景分量不再居于主导地位,共振响应趋于显著;多塔干扰下以原型结构10cm位移为阈值计入风振系数贡献的测点数减少,但是响应根方差增大,其风振系数均值相比单塔下结果明显变大。

摘要：在模态加速度法和荷载-响应相关法的基础上,推导出超大型冷却塔等效静力风荷载(简称ESWLs)的精细化计算方法,提出用于补偿背景和共振交叉项的一致耦合方法(consistent coupled method,简称CCM)来求解结构ESWLs。该方法采用统一理论进行背景、共振和交叉项3个分量的求解,能完全考虑各共振模态之间、共振和背景模态之间的耦合效应,并赋予背景与共振交叉项ESWLs分量以明确的物理意义。以内陆某核电超大型冷却塔(塔高215m)为例,采用CCM方法进行ESWLs计算,探讨了ESWLs平均、背景、共振和交叉项分量的分布特征,并结合规范条款对比分析了超大型冷却塔风振系数的数值和分布特征,为超大型冷却塔结构设计和抗风安全性提供参考。

摘要：为了研究狂风暴雨环境中大型风力机在复杂工况下的流场特性和气动性能,以南京航空航天大学自主研发的5 MW风力机塔架-叶片体系为例,采用计算流体动力学(CFD)技术开展最不利叶片停机位置下考虑6个偏航角(0°、5°、10°、20°、30°和45°)影响的风力机风场模拟,添加离散相模型(DPM)开展风-雨耦合同步迭代计算,对比研究不同偏航角对风力机周围风场和雨场特性的影响规律.建立不同偏航角下的风-雨等效压力系数新模型,给出相应的公式,针对风雨作用下的不同偏航角工况塔架和叶片表面等效压力系数进行系统分析.研究结果表明,附加雨荷载效应对该类风力机叶片迎风面和塔架迎风面两侧各40°区域内压力的影响不容忽视.

摘要：伴随跨海大桥建造时代的来临,特大跨度悬索桥的空气动力性能研究日益紧迫,设计了中跨跨度为5000m的宽开槽和窄开槽钢箱梁悬索桥方案,实现了5000m特大跨度钢箱梁悬索桥的节段模型风洞试验,研究了宽开槽和窄开槽两种方案的颤振性能,识别了其颤振导数、颤振风速、颤振频率、三分力系数等重要参数;其次在风洞试验中研究了多种稳定板组合方案对窄开槽钢箱梁的颤振控制作用,发现中央稳定板和上稳定板的组合能将颤振临界风速提高50%;最后提出了适用于特大跨度悬索桥的二维颤振Straight-forward Method分析方法,对风洞试验进行了数值模拟,验证了该方法和节段模型风洞试验对于5000m悬索桥分析结果的一致性。最终研究认为:中央开槽达到足够宽度的方案与窄开槽附加稳定板的方案都能为跨度5000m的悬索桥提供足够高的颤振失稳临界风速,并能满足世界上绝大多数台风区的要求。

摘要：为研究海上风力机的风振特性,进行风力发电塔-轮系统的随机风场模拟和风振动力响应计算。采用谐波叠加法模拟塔架和风轮的来流风速时程,进而基于改进的叶素-动量理论(MBEM)模拟考虑风轮和塔架相干效应、风轮旋转效应的风轮脉动风速时程。结合已提出的柔性结构风振精细化频域计算方法"一致耦合法",对海上风力发电系统结构进行风振动力响应和风振系数计算。研究结果表明:海上风力发电塔-轮系统的风振动力响应以共振效应为主,但背景响应和耦合项不能忽略,风振呈现多模态耦合和多振型响应2个显著特征;系统风振系数的分布差异较大,其中风轮尖部最大(2.35),塔架中下部位最小(1.40)。