格构式圆截面塔架静风三分力系数的研究

发布时间：2017-10-28 09:17

  本文关键词：格构式圆截面塔架静风三分力系数的研究

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【摘要】：近年来,格构式塔架结构被广泛地应用于输送电、通讯信息、广播以及电视信号传送等众多领域,但是其高柔、轻质、小阻尼的结构特性决定了风荷载是其设计中的主要控制性荷载。本文以苏通大跨越输电塔作为工程背景,以刚性节段模型的风洞试验为基础,对格构式圆截面塔架在静风荷载下的三分力系数进行了研究,为该类结构在实际工程设计中的应用提供参考。主要内容包括:(1)设计制作了单圆柱和多圆柱模型进行了风洞测力试验,开展了对圆截面构件雷诺数效应和遮挡效应的研究。单圆柱模型,通过增加表面粗糙度的方法,成功模拟了更高雷诺数情况下圆柱的风荷载绕流特性;多圆柱模型,通过变换间距和表面粗糙度的方法,研究了遮挡效应及其对雷诺数效应的影响。综合分析后,本文提出了风洞模型试验的雷诺数效应修正办法。(2)设计制作了四组竖直节段和三组倾斜节段模型,进行了均匀流下的风洞测力试验,通过对比分析,研究了雷诺数、风向角、密实比、倾斜主材与格构式圆截面塔架结构三分力系数的关系。(3)利用数值模拟方法对单根圆截面主材杆件进行了绕流问题的参数化分析,研究了网格划分形式、边界层、三维效应、计算时间步长、湍流模型以及大涡模拟中亚格子模式对计算结果的影响,取得了与其他学者实验结果吻合良好的计算结果。(4)基于单根圆截面杆件的数值模拟方法,本文对四组竖直节段模型进行了大涡模拟,取得了较为理想的模拟结果,阻力系数与风洞试验值的误差控制在15%以内。通过数值模拟计算,得以对塔架节段模型的压力分布、流场结构有了进一步的研究。(5)数值模拟中增加了对ZJD1-1节段模型在5%、10%、15%和20%来流湍流度下的计算工况,发现湍流度的增加使得结构三分力系数的脉动分量随之增加,同时功率谱峰值对应的卓越频率逐渐前移,且湍流度对功率谱高频部分影响显著。
【关键词】：格构式塔架 风洞试验 遮挡效应 雷诺数效应 大涡模拟
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU312.1
【目录】：

• 中文摘要3-4
• 英文摘要4-9
• 1 绪论9-15
• 1.1 课题研究背景9-10
• 1.2 结构风工程简介10-11
• 1.3 经典的圆柱绕流及其雷诺数效应11-13
• 1.4 计算流体动力学研究现状13-14
• 1.5 课题学术和实用意义14-15
• 2 计算流体力学的基本理论15-25
• 2.1 引言15
• 2.2 流体力学的基本方程15-16
• 2.3 湍流模拟方法16-19
• 2.3.1 直接数值模拟17
• 2.3.2 大涡模拟法17-18
• 2.3.3 雷诺时均法18-19
• 2.4 湍流模型原理19-25
• 2.4.1 平均纳维-斯托克斯方程19-21
• 2.4.2 标准k-ε 模型21-22
• 2.4.3 RNG k-ε 模型22
• 2.4.4 标准k-ω 模型22
• 2.4.5 SST k-ω 模型22-23
• 2.4.6 大涡模拟（LES）23-25
• 3 圆截面构件风洞试验的雷诺数效应研究25-43
• 3.1 风洞试验设计25-29
• 3.1.1 模型的制作25-26
• 3.1.2 圆柱表面粗糙度的模拟26-27
• 3.1.3 试验设备27
• 3.1.4 试验工况设计27-28
• 3.1.5 试验方法28-29
• 3.1.6 数据处理方法29
• 3.2 单圆柱试验数据及分析29-35
• 3.2.1 光滑圆柱理论分析29-31
• 3.2.2 不同粗糙度单圆柱理论分析31-35
• 3.3 多圆柱试验数据及分析35-39
• 3.3.1 光滑多圆柱理论分析35-36
• 3.3.2 不同粗糙度多圆柱理论分析36-39
• 3.4 雷诺数效应的修正39-40
• 3.5 本章小结40-43
• 4 格构式圆截面塔架节段的三分力系数研究43-71
• 4.1 风洞试验设计43-48
• 4.1.1 模型的制作43-46
• 4.1.2 试验工况设计46-47
• 4.1.3 数据处理方法47-48
• 4.2 节段试验结果及分析48-69
• 4.2.1 试验结果48-53
• 4.2.2 雷诺数与三分力系数的关系53-61
• 4.2.3 风向角与三分力系数的关系61-65
• 4.2.4 密实比与三分力系数的关系65-67
• 4.2.5 体型系数与各国规范的对比67-69
• 4.3 本章小结69-71
• 5 单圆柱绕流的数值模拟71-87
• 5.1 引言71-73
• 5.1.1 计算域的选择71-72
• 5.1.2 网格划分72
• 5.1.3 边界条件设置72-73
• 5.2 计算参数选择73-80
• 5.2.1 三维效应的影响74-77
• 5.2.2 网格条件的影响77-78
• 5.2.3 时间步长的影响78-79
• 5.2.4 湍流模型及亚格子模型的影响79-80
• 5.3 单圆柱绕流综合分析80-85
• 5.3.1 流场结构80-83
• 5.3.2 圆柱表面特征参数83-85
• 5.4 本章小结85-87
• 6 格构式圆截面塔架节段的数值模拟研究87-117
• 6.1 模型建立87-91
• 6.1.1 计算域的选择88-89
• 6.1.2 网格划分89-90
• 6.1.3 边界条件设置90
• 6.1.4 计算参数设置90-91
• 6.1.5 计算工况91
• 6.2 CFD模拟结果及分析91-115
• 6.2.1 湍流度对三分力系数的影响94-99
• 6.2.2 压力分布云图99-101
• 6.2.3 流场结构分析101-115
• 6.3 本章小结115-117
• 7 结论与展望117-119
• 7.1 主要结论117-118
• 7.2 展望118-119
• 致谢119-121
• 参考文献121-124

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本文编号：1107611