火力發(fā)電廠典型特種結(jié)構(gòu)風(fēng)荷載研究.pdf

1、火力發(fā)電是現(xiàn)在電力發(fā)展的主力軍，在電力發(fā)展需求強(qiáng)勁的背景下，火力發(fā)電廠發(fā)展迅速。隨著火力發(fā)電廠規(guī)模的擴(kuò)大和單機(jī)容量的提高，火電廠典型特種結(jié)構(gòu)（煙囪、煤場(chǎng)）向高聳、巨型、群體等方向發(fā)展。上海漕涇發(fā)電廠2×1000MW工程項(xiàng)目是目前火力發(fā)電廠建設(shè)工程的典型代表。該電廠異型煙囪，高度210m，外形新穎，國內(nèi)首創(chuàng)；該電廠煤場(chǎng)，由三座呈等邊三角形分布的外形相同的圓形煤倉組成，煤倉跨度122m，其規(guī)模國內(nèi)少有。 目前預(yù)測(cè)建筑風(fēng)荷載及風(fēng)場(chǎng)規(guī)律

2、的主要方法有風(fēng)洞試驗(yàn)和數(shù)值模擬。數(shù)值模擬方法是隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展起來的一種新的方法，是利用計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)（CFD）的理論成果，在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行建筑物風(fēng)場(chǎng)的數(shù)值模擬，因此，也稱為數(shù)值風(fēng)洞。與風(fēng)洞試驗(yàn)相比，數(shù)值風(fēng)洞可以對(duì)足尺結(jié)構(gòu)和建筑實(shí)際周邊環(huán)境進(jìn)行數(shù)值模擬，可以根據(jù)研究需要方便地改變流場(chǎng)和結(jié)構(gòu)的相關(guān)參數(shù)，對(duì)研究對(duì)象進(jìn)行全方位多層次的分析研究。在研究中，數(shù)值風(fēng)洞可以給出非常完整的資料，且成本低，速度快，具有模擬真實(shí)和理想條件的能力。

3、 本文在課題組前期研究成果的基礎(chǔ)上，把數(shù)值風(fēng)洞試驗(yàn)應(yīng)用于國家重大工程項(xiàng)目風(fēng)工程研究，通過對(duì)上海漕涇發(fā)電廠典型特種結(jié)構(gòu)（煙囪、煤場(chǎng)）風(fēng)荷載進(jìn)行模擬和分析，為火力發(fā)電廠典型特種結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析提供合理的風(fēng)荷載參數(shù)，對(duì)數(shù)值風(fēng)洞廣泛應(yīng)用于實(shí)際工程起到促進(jìn)作用。 首先，組建數(shù)值風(fēng)洞的控制方程和搭建數(shù)值風(fēng)洞的計(jì)算平臺(tái)。給出了計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)的基本控制方程，包括連續(xù)方程、動(dòng)量方程、能量方程，引入了湍流的統(tǒng)計(jì)平均方法中的雷諾平均方法，推導(dǎo)了描

4、述風(fēng)湍流時(shí)均流動(dòng)的基本方程，包括時(shí)均連續(xù)方程和雷諾方程。為了解決風(fēng)湍流時(shí)均流動(dòng)基本方程的不封閉性，討論了計(jì)算風(fēng)工程領(lǐng)域一些常用的湍流模型，通過這些湍流模型，可以組成完整的數(shù)值風(fēng)洞的控制方程。介紹了并行計(jì)算的基本原理，以及并行計(jì)算機(jī)的分類。在Windows XP操作系統(tǒng)下搭建了PC機(jī)群并行計(jì)算平臺(tái)、配置了數(shù)值風(fēng)洞的軟件環(huán)境。 然后，采用數(shù)值風(fēng)洞技術(shù)研究高聳異型煙囪橫風(fēng)向氣動(dòng)參數(shù)及其動(dòng)力響應(yīng)。參照設(shè)計(jì)部門提供的設(shè)計(jì)圖紙建立異型煙囪數(shù)

5、值模型，進(jìn)行煙囪橫風(fēng)向氣動(dòng)參數(shù)的數(shù)值風(fēng)洞試驗(yàn)，獲得了煙囪各典型剖面的氣動(dòng)參數(shù)。同時(shí)，模擬了方柱繞流、圓柱繞流等經(jīng)典問題，并在渦量場(chǎng)、側(cè)力系數(shù)、斯脫羅哈數(shù)等方面與國內(nèi)外最新風(fēng)洞試驗(yàn)和仿真結(jié)果進(jìn)行了全方位、多層次的對(duì)比，對(duì)比結(jié)果驗(yàn)證了本次數(shù)值風(fēng)洞試驗(yàn)結(jié)果的正確性。研究了橫風(fēng)向風(fēng)荷載對(duì)高聳異型煙囪的作用模式，并利用已獲得的煙囪橫風(fēng)向氣動(dòng)參數(shù)，結(jié)合異型煙囪有限元模型進(jìn)行橫風(fēng)向風(fēng)荷載作用下的動(dòng)力響應(yīng)分析。 最后，采用數(shù)值風(fēng)洞技術(shù)研究大跨圓

6、形煤倉風(fēng)壓及風(fēng)致干擾效應(yīng)。參照設(shè)計(jì)部門提供的設(shè)計(jì)圖紙建立圓形煤場(chǎng)數(shù)值模型，進(jìn)行單塔和群塔情況下煤倉數(shù)值風(fēng)洞試驗(yàn)。對(duì)于單塔情況，分析討論了筒倉高跨比、穹頂高跨比及帽頂對(duì)煤倉球形穹頂風(fēng)壓分布的影響；對(duì)于群塔情況，分析了在不同風(fēng)向角和不同塔間距情況下三圓形煤倉的風(fēng)致干擾效應(yīng)。為驗(yàn)證圓形煤場(chǎng)數(shù)值風(fēng)洞試驗(yàn)結(jié)果的正確性，本文模擬了半球結(jié)構(gòu)繞流和柱球結(jié)構(gòu)繞流等經(jīng)典問題，并在速度場(chǎng)、壓力場(chǎng)、壓力系數(shù)、阻力系數(shù)等方面與國內(nèi)外最新風(fēng)洞試驗(yàn)和仿真結(jié)果進(jìn)行了全