Разработка методики определения аэродинамических ветровых нагрузок и расчета пространственных конструкций башен с вытяжными трубами

• Автор: Чернышев, Дмитрий Давидович
• Шифр специальности: 05.23.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Самара
• Количество страниц: 226 с. : ил. + Прил.(53 с.)

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ И ОБЩАЯ ПОСТАНОВКА

1.1 Исторический обзор и современное состояние вопроса.

1.2 Обзор экспериментальных исследований аэродинамических характеристик обтекания цилиндрических сооружений

1.3 Обзор численных методов исследования аэродинамического обтекания сооружений.

1.4 Стальные башенные сооружения и вытяжные трубы. Методики расчета и конструирования

1.5 Конструктивные решения вытяжных башен и их элементов.

1.6 Цели и задачи исследования.

Глава 2 ОПРЕДЕЛЕНИЕ НАГРУЗКИ И РЕАКЦИИ ПРИ

РАСЧЕТЕ ВЫТЯЖНЫХ БАШЕН НА ПУЛЬСАЦИОИНУЮ ВЕТРОВУЮ НАГРУЗКУ

2.1 Ветровая пульсационная нагрузка, как случайный стационарный процесс
2.1.1 Разложение случайной функции. Представление ветровой пульсационной нагрузки в виде рядов Фурье
2.1.2 Спектральная плотность и ковариация стационарного случайного сигнала
2.1.3 Определение спектральной плотности реакции сооружения на случайную стационарную нагрузку
2.1.4 Взаимная ковариация и функция когерентности двух случайных сигналов.
2.2 Реакция высотных сооружений на пульсациоиную ветровую нагрузку.
2.3 Определение пульсационной ветровой нагрузки при расчете высотных башен.
2.4 Алгоритм программы, определяющей реакцию сооружения и нагрузку на вытяжные высотные башни при пульсации ветра.
2.5 Описание процедур программы.
2.5.1 Главная управляющая процедура.
2.5.2 В вод исходных данных по сооружению
2.5.3 Определение или ввод вычисленной статической составляющей ветровой нагрузки на сооружение.
2.5.4 Определение коэффициента пульсации ветра по высоте сооружения.
2.5.5 Определение коэффициента взаимной корреляции пульсации гармоник скоростей
2.5.6 Определение квадрата аэродинамической передаточной функции системы.
2.5.7 Определение коэффициента корреляции по формам
собственных колебаний.
2.5.8 Определение коэффициента пространственной корреляции пульсации давления
2.5.9 Определение произведения коэффициентов динамичности
но собственным формам колебаний.
2.5. Определение приведенного ускорения массовых точек по
ярусам сооружения и собственным формам колебаний
2.5. Определение перемещений массовых точек сооружения
2.5. Определение динамической составляющей ветровой нагрузки
по месту массовых точек сооружения
2.5. Вывод результатов расчета на экран. Завершение программы.
2.6 Выводы и результаты по главе
Глава 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПО ОБДУВКЕ ПАКЕТА ИЗ ТРЕХ ТРУБ С ОБСТРОЙКОЙ В АЭРОДИНАМИЧЕСКОЙ
3.1 Описание аэродинамической трубы.
3.2 Описание экспериментальной модели.
3.3 Измерительные приборы и аппаратура.
3.4 Описание экспериментальной установки.
3.5 Постановка и моделирование эксперимента
3.6 Описание хода эксперимента.
3.7 Выводы по результатам эксперимента.
Глава 4. ИССЛЕДОВАНИЯ ВОЗДЕЙСТВИЯ ВЕТРОВОГО ПОТОКА
НА ПАКЕТЫ ТРУБ С ПОМОЩЬЮ МЕТОДА КОНТРОЛЬНЫХ ОБЪЕМОВ
4.1 Постановка задачи
4.2 Использование газодинамического пакета .
4.3 Решение газодинамической задачи на основе метода контрольных объемов
4.3.1 Основные понятия метода контрольных объемов
4.3.2 Определение характеристик потока для одного цилиндра.
4.3.3 Определение характеристик потока для пакетов из двух, трех и четырех труб.
4.4 Определение коэффициентов надежности для аэродинамических коэффициентов труб по результатам экспериментов на основе МКО
4.5 Выводы и результаты по главе 4.
Глава 5. ОСОБЕННОСТИ РАБОТЫ БАШЕН С ПАКЕТАМИ
ВЫТЯЖНЫХ ТРУБ ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ ВЕТРОВОЙ НАГРУЗКИ
5.1. Методика определения ветровой нагрузки на элементы башен с пакетами вытяжных труб.
5.1.1 Общая характеристика исследуемых объектов
5.1.2 Особенности воздействия ветрового потока на вытяжные сооружения.
5.1.3 Воздействие ветрового потока на трехгранную башню с пакетом
трех труб
5.1.4 Особенности формирования расчетной модели по МКО.
5.1.4 Планирование численного эксперимента при анализе воздействия ветрового потока на пакет из трех труб газоходов с учетом трех труб обстройки
5.2 Результаты численного эксперимента по МКО
5.3 Анализ качественных характеристик напряженнодеформированного состояния элементов конструкции вытяжной башни с тремя вытяжными трубами
5.3.1 Объемно планировочное решение сооружения.
5.3.2 Конструктивное решение сооружения
5.3.3 Определение нагрузок, действующих на конструкции башни и газоотводящие стволы.
5.3.4 Определение ветровой нагрузки на башню при учете влияния обстройки
5.3.5 Вихревое возбуждение конструкций башни при взаимодействии с
потоком ветра. Проверка на резонанс
5.3.6. Анализ усилий в элементах башни.
5.3.7 Анализ перемещений в узлах башни.
5.4 Методика расчета башенных сооружений с пакетами вытяжных
труб на ветровую нагрузку
5.5 Выводы и результаты по главе 5.
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ.
ЛИТЕРАТУРА


В 1 представлены результаты экспериментального исследования спектральных характеристик пульсаций пристенного давления на связке равноотстоящих цилиндров, продольно обтекаемых турбулентным потоком. Получены зависимости от чисел Рейнольдса и Струхаля продольных и азимутальных распределений параметров турбулентности. Проведено сравнение полученных данных с данными других авторов. В продолжении этой работы представлены результаты экспериментального исследования временных характеристик, пульсаций пристенного давления на связке равноотстоящих цилиндров, продольно обтекаемых турбулентным потоком 2 авто и кросскорреляции пульсаций пристенного давления в продольной и поперечной плоскостях, его среднеквадратичные значения, пространственные масштабы пульсаций, скорости конвекции возмущений давления. Экспериментальное исследование гидродинамики потока за двумя расположенными рядом цилиндрами, диаметры которых отличаются вдвое, приводится в работе 9. Взаимодействие этих вихрей приводит к поперечному переносу жидкости. С помощью визуализации потока в 4 изучался вихревой след за парой последовательно расположенных в испытательном бассейне вертикальных круговых цилиндров. Расстояние между центрами цилиндров изменялось от 2 до их диаметров, число Рейнольдса от до 0. Кратко описана экспериментальная установка. Приведены картины линий тока. В 0 экспериментально исследуются характеристики аэродинамического отклика круглого цилиндра, расположенного за двумя другими круглыми цилиндрами, обтекаемыми равномерным потоком воздуха. Приводится схема и описание экспериментальной установки и системы измерений. Модельные цилиндры изготовлены в виде трубопроводов из акриловой пластмассы наружным диаметром мм и длиной 0 мм толщина стенки 2 мм. Расстояния между цилиндрами варьировались. Установлено, что существует четыре типа вибраций исследуемого цилиндра. Наличие двух впереди расположенных цилиндров приводит к увеличению амплитуды возбуждаемых вихрем вибраций. Резкие вибрации следа за цилиндром возникают, когда отношение расстояния между центрами первых двух цилиндров к диаметру цилиндра менее 1. Приведены измеренные распределения давлений по поверхности исследуемого цилиндра для разных относительных расстояний между третьим цилиндром и первыми двумя. В 7 экспериментально исследовано вихревое движение за системой двух круговых цилиндров, установленных друг за другом в виде креста, обращенного навстречу набегающему потоку. Обтекание такой системы сопровождалось периодическим сходом двух продольных вихрей с верхнего по потоку цилиндра, которые имеют два режима движения. В первом случае два вихря движутся параллельно друг другу, во втором случае вихри постепенно сходятся, образуя как бы ожерелье вокруг цилиндра. В 6 проанализированы результаты экспериментального исследования вибрационных характеристик аэроупругой системы, включающих три цилиндра. Оценка выполнена по данным продувок системы в аэродинамической трубе при значении числа Струхаля 5, и изменении числа Рейнольдса в диапазоне . Установлены условия возникновения неустойчивости системы. В статье 8 проанализированы результаты продувок группы круговых цилиндров в аэродинамической трубе замкнутого цикла Варшавского авиационного института. Группа двух, трех и четырех связанных цилиндров помещены между плоскими торцевыми пластинами. Поверхность модели армирована стальнойшероховатой проволокой 0 0,3 мм. Рассмотрены режим транскритического обтекания при интенсивности турбулентности от 1,5 до . По результатам обработки измерительной информации установлена зависимость коэффициентов подъемной силы и лобового сопротивления от геометрических характеристик системы цилиндров свойств материала поверхностей, расстояния между цилиндрами и от значений числа Рейнольдса набегающего потока воздуха. В 5 описываются структурные особенности опытного стенда и процедуры мониторинга колебаний связки 2х параллельных цилиндров в набегающем вихревом потоке. При варьировании условий обтекания производится анализ взаимодействия потока и конструкции с поиском доминирующих частот и форм колебаний.