基于流固耦合核電常規(guī)島龍卷風(fēng)荷載的數(shù)值模擬.pdf

1、龍卷風(fēng)是一種由空氣對(duì)流產(chǎn)生的強(qiáng)烈旋風(fēng)，破壞力極大。在我國，由于龍卷風(fēng)的發(fā)生概率較低，《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》中尚未包含相關(guān)的抗龍卷風(fēng)設(shè)計(jì)要求。但對(duì)于核電廠、火電廠等結(jié)構(gòu)，一旦破壞，將對(duì)國民經(jīng)濟(jì)將造成巨大影響。故在其設(shè)計(jì)中，必須考慮在其設(shè)計(jì)使用年限中可能遭受到的龍卷風(fēng)荷載。為了更真實(shí)地重現(xiàn)結(jié)構(gòu)與龍卷風(fēng)場的相互作用，本文利用ANSYS-CFX軟件對(duì)核電常規(guī)島主廠房鋼框架結(jié)構(gòu)與三維龍卷風(fēng)場的流固耦合效應(yīng)進(jìn)行了CFD數(shù)值模擬，并就結(jié)構(gòu)在龍卷風(fēng)風(fēng)場作

2、用下的龍卷風(fēng)荷載及位移響應(yīng)進(jìn)行了研究。之后，就結(jié)構(gòu)在不同方位角下的龍卷風(fēng)荷載的變化規(guī)律進(jìn)行了研究，以便為結(jié)構(gòu)的抗龍卷風(fēng)設(shè)計(jì)提供參考。
　　首先，基于計(jì)算流體力學(xué)理論，利用ANSYSCFX計(jì)算流體力學(xué)軟件建立了龍卷風(fēng)場的數(shù)值模型，并就數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行過分析，結(jié)果表明:數(shù)值風(fēng)場的切向風(fēng)速和氣壓降沿徑向的變化規(guī)律與雷達(dá)實(shí)測數(shù)據(jù)和Rankine渦模型的變化規(guī)律相同。因此，該數(shù)值模擬模擬龍卷風(fēng)場是可靠的。之后，探討了渦流比對(duì)龍卷風(fēng)風(fēng)場特征參

3、數(shù)及渦核結(jié)構(gòu)的影響。研究發(fā)現(xiàn):隨著渦流比的增加，龍卷風(fēng)風(fēng)場最大切向速度減小，其對(duì)應(yīng)的核心半徑增大;龍卷風(fēng)場中心處的氣壓降值減小;龍卷風(fēng)場的渦核形狀也產(chǎn)生變化，從漏斗狀變?yōu)楣臓睢?br>　　其次，基于弱耦合求解策略，利用ANSYS-CFX軟件對(duì)核電常規(guī)島主廠房鋼框架結(jié)構(gòu)與三維龍卷風(fēng)場的流固耦合效應(yīng)進(jìn)行了CFD數(shù)值模擬，并就結(jié)構(gòu)在龍卷風(fēng)風(fēng)場作用下的龍卷風(fēng)荷載及位移響應(yīng)進(jìn)行了研究。研究結(jié)果表明:當(dāng)龍卷風(fēng)襲擊結(jié)構(gòu)時(shí)，各個(gè)方向上，雙向流固耦合下的

4、結(jié)構(gòu)荷載值均大于單向耦合下的荷載值，在Y軸方向上差值最大，達(dá)到了20KN;單向流固耦合和雙向流固耦合下兩種情況下的位移相差較大，相對(duì)誤差達(dá)到36％。因此，在結(jié)構(gòu)的抗龍卷風(fēng)設(shè)計(jì)中考慮結(jié)構(gòu)與龍卷風(fēng)場的耦合作用有一定的必要性。
　　最后，探討了龍卷風(fēng)場作用于結(jié)構(gòu)上的方位角變化和結(jié)構(gòu)在龍卷風(fēng)場中的徑向位置變化對(duì)結(jié)構(gòu)表面龍卷風(fēng)荷載的影響。將結(jié)構(gòu)置于風(fēng)場不同方位角下發(fā)現(xiàn):30°和60°方位角下結(jié)構(gòu)受力較其它方位角下更危險(xiǎn)。之后，就結(jié)構(gòu)在風(fēng)場中