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不同导风装置对超大型冷却塔风压特性影响研究

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振动与冲击 2016年第22期35卷 136-141页

作者：柯世堂朱鹏南京航空航天大学土木工程系南京210016

为研究不同导风装置对超大型冷却塔风压分布特性的影响,通过风洞试验对比研究了三种有导风装置和无导风装置的大型冷却塔表面风压分布特性,其中包括平均风压、脉动风压、峰值因子以及极值风压等气动参数,提炼出不同导风装置对大型冷却... 详细信息

为研究不同导风装置对超大型冷却塔风压分布特性的影响,通过风洞试验对比研究了三种有导风装置和无导风装置的大型冷却塔表面风压分布特性,其中包括平均风压、脉动风压、峰值因子以及极值风压等气动参数,提炼出不同导风装置对大型冷却塔整体和局部风压分布的影响规律,最后给出了不同导风装置下冷却塔极值风压的拟合公式。结果表明:三种导风装置均能有效减少塔筒中部负压极值区域的平均风压,同时也能有效减少塔筒迎风面中上部脉动风压的根方差,尤其以弧形导风板效果最好;不同导风装置均可有效减小塔筒中下部迎风面和负压极值区域的风压极值,尤其以弧形导风板效果最好;考虑不同导风装置下大型冷却塔迎风面、侧风面和背风面峰值因子取值分别为3.29、3.41和3.50。

关键词：超大型冷却塔导风装置脉动风压峰值因子极值风压

中小尺度嵌套下考虑停机位置的大型风力机体系风振响应分析

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振动与冲击 2020年第1期39卷 91-101,130页

作者：徐璐柯世堂南京航空航天大学土木工程系南京210016 南京航空航天大学江苏省风力机设计高技术研究重点实验室南京210016 中国能源建设集团广东省电力设计研究院有限公司广州510663

国内外风工程界采用的风力机体系风效应分析方法通常基于良态气候模式,而台风边界层风特性不同于良态气候模式,台风作用过程中会表现出明显的时空变异性和多尺度涡结构。针对现存土木工程台风模型理论体系过度简化的问题,引入考虑真实... 详细信息

国内外风工程界采用的风力机体系风效应分析方法通常基于良态气候模式,而台风边界层风特性不同于良态气候模式,台风作用过程中会表现出明显的时空变异性和多尺度涡结构。针对现存土木工程台风模型理论体系过度简化的问题,引入考虑真实台风场强变异性和衰减效应的中尺度天气预报模式(WRF)对“鹦鹉”台风进行高时空分辨率模拟,重点对比台风登陆前、登陆时和登陆后台风风向和风强特征,并结合模拟台风中心路径与实测路径的对比结果验证了中尺度台风“鹦鹉”模拟的有效性。以中国东南沿海地区某风电厂5 MW水平轴风力机为对象,基于WRF模拟获得近地面三维风场数据,并结合小尺度CFD大涡模拟技术分别对叶片单个旋转周期不同停机位置工况进行三维非定常数值模拟。在此基础上,结合有限元完全瞬态法对不同停机工况进行了风振响应动力时程分析,提炼出停机位置对体系风振响应和风振系数的影响规律,最终归纳总结了台风作用下大型风力机体系最不利停机位置。结果表明:采用WRF模式可以有效模拟近地面台风风场,拟合的台风剖面指数为0.076;台风下塔架内力和风振系数显著增大,尤其是与塔架相对位置最近的叶片风振响应最为不利,内力最大增幅达35%。分析发现:当台风作用下大型风力机处于停机状态,下叶片与塔架完全重合(工况1)时为最不利,旋转至上叶片完全重合(工况5)时安全余度最大。

关键词：风力机中小尺度嵌套大涡模拟停机位置风振响应风振系数

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大型冷却塔自振频率估算方法及拟合优度分析

哈尔滨工业大学学报 2018年第12期50卷 193-198页

作者：徐璐柯世堂南京航空航天大学土木工程系南京210016

自振频率是评估结构动态变形和受力性能的关键因素,现有冷却塔结构自振频率主要基于有限元分析手段,缺乏简单有效的冷却塔自振频率估算公式.为解决该问题,以国内某179 m高的大型冷却塔为基准塔,首先通过改变结构典型参数获得基准塔的38... 详细信息

自振频率是评估结构动态变形和受力性能的关键因素,现有冷却塔结构自振频率主要基于有限元分析手段,缺乏简单有效的冷却塔自振频率估算公式.为解决该问题,以国内某179 m高的大型冷却塔为基准塔,首先通过改变结构典型参数获得基准塔的38个模型并进行动力特性分析,同时提炼出基频频率随结构参数的变化规律;然后采用拉丁超立方抽样法进行结构自振频率参数的敏感性分析,获取了不同阶数下各参数的敏感因子.在此基础上,创新性地拟合提出考虑敏感因子权重值的多参数的基频实用估算公式.最后,选择国内8座典型塔高和塔型的冷却塔进行现场测试,采用不同模态识别方法获得冷却塔前10阶自振频率,进行了实测冷却塔结构参数的拟合优度分析.研究表明:自振频率对冷却塔高度最为敏感,其敏感因子显著大于其它参数的敏感因子;实测塔计算结果验证了基频实用估算公式的有效性,基频拟合优度最大值为0.996,其中各目标塔拟合优度的均值和均方差分别为0.948和0.047.误差分析表明本文提出的自振频率估算公式精度高、稳定性好.

关键词：冷却塔自振频率敏感性分析现场实测模态识别估算公式

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超大型冷却塔阻尼比现场实测及风振效应影响

湖南大学学报（自然科学版） 2019年第5期46卷 64-75页

作者：柯世堂余玮南京航空航天大学土木工程系

以国内7座大型冷却塔现场实测阻尼比识别数据为基础,选取其中高位收水冷却塔为对象,基于实测阻尼比取值范围设置4种阻尼比(分别为0.5%、1%、2%和3%)计算工况进行风振响应完全瞬态分析,并将计算结果与规范阻尼比(5%)下的风振响应进行对比... 详细信息

以国内7座大型冷却塔现场实测阻尼比识别数据为基础,选取其中高位收水冷却塔为对象,基于实测阻尼比取值范围设置4种阻尼比(分别为0.5%、1%、2%和3%)计算工况进行风振响应完全瞬态分析,并将计算结果与规范阻尼比(5%)下的风振响应进行对比.在此基础上,提炼出了阻尼比取值对高位收水冷却塔风振平均和脉动响应特性的影响,并基于5种风振响应及3种等效目标计算了不同阻尼比下的风振系数,探讨并归纳了不同阻尼比、响应目标和位置对结构风振系数取值的影响规律,最终采用非线性最小二乘法提出了以阻尼比和子午向高度为目标函数的风振系数拟合公式.主要结论可为此类高位收水冷却塔风振动力分析阻尼比取值提供科学依据.

关键词：高位收水冷却塔阻尼比风振响应风振系数瞬态分析参数分析

大型风力机塔架-叶片体系风振与地震作用对比研究

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太阳能学报 2017年第8期38卷 2117-2125页

作者：余玮柯世堂南京航空航天大学土木工程系南京210016 南京航空航天大学江苏省风力机设计高技术研究重点实验室南京210016

为研究风荷载和地震作用对大型风力机不同部件的影响程度,建立某3 MW水平轴风力机塔架-叶片一体化有限元模型,通过CFD数值模拟获得风力机表面风压系数并作为风荷载输入参数,同时进行7度地震烈度作用下的反应谱分析。对比研究表明:叶片... 详细信息

为研究风荷载和地震作用对大型风力机不同部件的影响程度,建立某3 MW水平轴风力机塔架-叶片一体化有限元模型,通过CFD数值模拟获得风力机表面风压系数并作为风荷载输入参数,同时进行7度地震烈度作用下的反应谱分析。对比研究表明:叶片受风荷载控制,其在风荷载作用下的叶尖位移和叶根弯矩均明显大于地震作用下的数值;塔架由风荷载和地震作用共同控制,风荷载作用下弯矩值均沿高度方向逐渐增加,地震作用下径向与环向弯矩最大值出现在接近塔顶高度处;风荷载作用下塔底环向弯矩及径向与环向轴力均明显大于地震作用,但地震作用下塔底径向和竖向弯矩及剪力稍大于风荷载作用下的数值。

关键词：大型风力机塔架.叶片体系风荷载地震作用数值模拟风振响应

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考虑山顶地形三维效应某电视塔测力风洞试验

中南大学学报（自然科学版） 2017年第11期48卷 2999-3006页

作者：王浩柯世堂南京航空航天大学航空宇航学院江苏南京210016

以位于南京秀山顶部某电视塔为例,为精确考虑三维地形效应对电视塔风荷载设计取值的影响,首先对电视塔周边800 m内的山顶地形进行风洞试验,获取电视塔结构参考高度处的风速修正系数;然后利用高频动态天平测力(HFFB)技术进行不同风向角... 详细信息

以位于南京秀山顶部某电视塔为例,为精确考虑三维地形效应对电视塔风荷载设计取值的影响,首先对电视塔周边800 m内的山顶地形进行风洞试验,获取电视塔结构参考高度处的风速修正系数;然后利用高频动态天平测力(HFFB)技术进行不同风向角下电视塔刚体模型测力试验。基于试验结果,提炼出不同风向角下电视塔结构基底等效内力和顶部峰值加速度响应的分布规律,并分析典型最不利风向角下电视塔结构层等效静力风荷载(ESWLs)分布特性。研究结果表明:山顶地形三维效应对于此类电视塔结构风力分布的影响显著。本文试验和相关结论可为此类山顶地形电视塔结构抗风设计提供参考。

关键词：电视塔山顶地形三维效应高频天平测力试验等效内力等效静风荷载峰值加速度

基于大涡模拟直筒-锥段型钢结构冷却塔风压非高斯特性研究

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建筑结构学报 2018年第2期39卷 114-121页

作者：柯世堂王浩南京航空航天大学航空宇航学院

为研究直筒-锥段型钢结构冷却塔表面脉动风压非高斯特性,并对非高斯特性的形成机理进行分析。以国内拟建的首座超大直筒-锥段型钢结构冷却塔（189 m）为例,采用大涡模拟（LES）方法对其进行了数值风洞试验,得到其表面流场特性和压力时程... 详细信息

为研究直筒-锥段型钢结构冷却塔表面脉动风压非高斯特性,并对非高斯特性的形成机理进行分析。以国内拟建的首座超大直筒-锥段型钢结构冷却塔（189 m）为例,采用大涡模拟（LES）方法对其进行了数值风洞试验,得到其表面流场特性和压力时程,并通过与国内外大型冷却塔实测及风洞试验结果对比验证了数值模拟结果的有效性。基于典型测点概率密度分布曲线和空间相关性,对具有非高斯分布特性的局部区域给出判断标准,并从非高斯特性的形成与分离流动及涡旋运动相关性入手,揭示了非高斯风压的形成机理。研究表明：负压极值点至分离点区域内锥段和直筒段表面风压呈非高斯分布,锥段背风区风压也明显呈非高斯分布,而直筒段背风区大多测点呈高斯分布特征。

关键词：直筒-锥段型钢结构冷却塔脉动风压大涡模拟非高斯特性形成机理

考虑中尺度台风效应的大型风力机体系气动性能分析

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东南大学学报（自然科学版） 2019年第2期49卷 340-347页

作者：柯世堂徐璐南京航空航天大学土木工程系南京210016 南京航空航天大学江苏省风力机设计高技术研究重点实验室南京210016

为系统研究台风作用下风力机体系的气动性能与风效应特性,引入考虑真实台风场强变异性和衰减效应的中尺度天气预报模式对台风"鹦鹉"进行高时空分辨率模拟.基于最小海平面气压追踪的台风中心路径与实测路径的对比结果,验证模拟的有效性.... 详细信息

为系统研究台风作用下风力机体系的气动性能与风效应特性,引入考虑真实台风场强变异性和衰减效应的中尺度天气预报模式对台风"鹦鹉"进行高时空分辨率模拟.基于最小海平面气压追踪的台风中心路径与实测路径的对比结果,验证模拟的有效性.以中国东南沿海地区某风电厂5 MW水平轴风力机为对象,结合小尺度CFD大涡模拟技术对叶片单个旋转周期不同停机位置工况进行三维非定常数值模拟.结果表明,采用WRF模式可以有效模拟近地面台风风场,拟合的台风剖面指数为0.076.台风下叶片和塔架的脉动和极值风压系数显著增大,最大增幅达29%.台风作用下叶片与塔架完全重合时为最不利情况,旋转至上叶片完全重合时安全余度最大.

关键词：风力机中小尺度嵌套大涡模拟停机位置气动性能

基于现场实测临海地区特大型冷却塔风振响应非平稳特性研究

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振动与冲击 2020年第10期39卷 206-214页

作者：王浩柯世堂南京航空航天大学航空宇航学院南京210016

忽视特大型冷却塔风振响应的非平稳特征可能会导致对结构响应极值的估算偏差和风振作用特性的错误理解。为此,以某沿海地区特大型冷却塔(高190 m)为研究对象,通过现场实测获取了超高雷诺数和真实湍流条件下特大型冷却塔的风振响应信号;... 详细信息

忽视特大型冷却塔风振响应的非平稳特征可能会导致对结构响应极值的估算偏差和风振作用特性的错误理解。为此,以某沿海地区特大型冷却塔(高190 m)为研究对象,通过现场实测获取了超高雷诺数和真实湍流条件下特大型冷却塔的风振响应信号;在对实测信号进行降噪滤波处理后进行了不同时距的信号非平稳识别,并分别基于平稳分析模型和非平稳分析模型对特大型冷却塔的响应统计值、峰值因子和极值响应进行对比研究。研究结果表明:临海地区特大型冷却塔风振响应表现出较强的非平稳性,部分响应信号的"大偏斜"或"高峰态"现象是由非平稳特征引起,采用非平稳模型可以更有效地判别信号的真实非高斯特征;此外,响应峰值因子普遍大于3.5,忽视非平稳特性将导致极值估计的缺陷,既无法提供足够的保证率,又降低了响应极值计算结果的经济性。

关键词：特大型冷却塔现场实测非平稳特性响应极值峰值因子