超大冷却塔进出水通道设计与探讨

超大塔愈多,集水池进出水通道的设计愈显重要。严寒地区的设计要求更多,内陆核电站如未配建带高位储水的冷却塔,则更应关注通道设计。以安微铜陵电厂的超大冷却塔为例,探讨了其进出水通道的精细化设计。

超大冷却塔欠质量模型振动台试验研究

抗震研究中模型试验起着重要的作用。应用相似理论对超大冷却塔进行了欠质量试验模型设计,介绍了缩尺模型的特殊施工工艺,根据地震动三要素确定12条地震动用于冷却塔试验模型地震动输入,对超大冷却塔1∶30的模型在5m×5m的震动台上进行了试验。试验测试了超大冷却塔的自振频率,利用振动台模拟7度、8度设防烈度对超大冷塔模型进行了动力试验。应用数值模拟分析了冷却塔试验模型的地震效应,对比了试验测试结果与数值模拟分析结果,数值模拟分析结果与试验结果吻合较好。试验结果与分析结果表明,冷却塔有较宽的频率带宽。时程分析解与试验结果对比表明,采取梁柱模型分析超大冷却塔能很好地模拟冷却塔的动力特性。

火电厂超大冷却塔配水系统优化

针对火电厂超大冷却塔配水系统特点,利用PIPENET软件,对喷头、配水管网、中央竖井、配水槽等建立水力计算整体模型,对多工况下的配水系统进行水力计算分析,并对内外围配水喷头进行优化选型。结果表明:采用内围喷头直径为28 mm、外围喷头直径为30 mm的方案,配水系统水量分布较均匀,可满足实际工程需要。

侧风下填料非等片距布置对超大冷却塔性能影响的数值模拟

以某超大型湿式冷却塔为研究对象,建立其三维数值模型并验证。采用20mm和30mm两种不同片距的填料进行填料区内外区布置,揭示不同风速下的相对最佳内区半径R_(1),研究侧风下非等片距填料布置方式对超大型湿式冷却塔热力阻力性能的影响。结果表明:侧风下,非等片距填料能改善超大型湿式冷却塔内空气动力场和温度场的分布。在定风速下,随着内区半径R_(1)的增加,水温降先增大后减小,通风量不断增加。当v=2m/s时,相对最佳的内区半径R_(1)为45m,此时的水温降为11.80℃,与20mm等片距填料布置的水温降11.63℃相比,水温降增加0.17℃,通风量增加了650 kg/s。但随着风速增大,非等片距填料水温降不断减小,通风量和蒸发损失不断减小,非等片距填料优化效果逐渐减弱。

超大型双曲线混凝土冷却塔振动台试验研究

神华胜利发电厂混凝土冷却塔位于7度抗震设防区,塔高225 m,塔筒为双曲线型。这种超大型冷却塔在地震等极端荷载下一旦发生破坏,后果将是灾难性的。目前对冷却塔的研究多以数值模拟为主,试验研究较少。通过设计开展缩尺比为1∶33的地震振动台模型试验,研究冷却塔的结构动力响应特性,分析不同地震烈度下结构的刚度退化和损伤情况,寻找结构的薄弱部位,并综合动力试验和数值模拟结果,评价结构的可靠性,提出合理的抗震措施和结构建议。

超大型冷却塔隔震设计及仿真分析

某超大型冷却塔在基础部位设置铅芯橡胶隔震支座,为了评价该抗震措施的效果,本文先从理论层面验算隔震支座的竖向承载力和隔震后冷却塔的水平位移,确保其符合安全要求。再利用ANSYS/LS-DYNA软件建立隔震前后冷却塔的有限元模型,将人工合成的地震波和2条天然地震波作为模拟输入条件,观察相应的隔震效果。结果显示,在多遇地震、设防烈度地震和罕遇地震的作用下,隔震模型的基底剪力比未隔震模型下降了54.75%~73.35%;筒体位移均值降幅达到43.95%~79.21%。综上所述,隔震设计方案取得了良好的抗震效果。

考虑Ⅰ型支柱的超大型冷却塔风洞试验与风振系数研究

超大型冷却塔结构的支柱截面构型和风振系数取值对其结构抗风稳定性尤为重要。依托安徽平山电厂二期国家最大火电机组超大型冷却塔示范工程,建立超大型冷却塔三维有限元精密化足尺模型,提出六种Ⅰ型支柱截面方案并探究其对结构模态、最小局部稳定因子和质量参与系数的影响,根据确定的截面方案建立冷却塔缩尺模型并开展刚体测压风洞试验,最终给出考虑Ⅰ型支柱的超大型冷却塔风振系数取值。研究表明不同支柱宽度最小局部稳定因子和前1000阶质量参与系数总和基本相同,Ⅰ型支柱宽度2m为超大型冷却塔支柱最优方案,单塔和最不利风向角下考虑Ⅰ型支柱的超大型冷却塔整体风振系数建议取值为1.77和1.95。研究结论可为此类超大型冷却塔支柱截面选型和结构抗风设计提供参考。

超大型冷却塔风荷载和风振响应参数分析:自激力效应

以内陆在建打破世界纪录的某核电超大型冷却塔(高度为215m)为例,基于改进的等效梁格设计方法,在国内外首次实现了同步测压和测振的冷却塔气弹模型风洞试验,采用作者已提出的大型冷却塔风振计算方法并加载试验获得的两种气动力参数进行风振响应分析,探讨自激力效应对于大型冷却塔表面风压和风振响应的影响。分析表明:自激力对于大型冷却塔表面平均风压的分布特性影响较小、但对脉动风压的分布形式和数值影响较大;自激力对于结构大部分区域风振响应影响的误差都在5%以内,最大值达到10%,定性影响有利有弊。

超大型冷却塔随机风振响应分析

冷却塔在随机风荷载激励作用下,动力响应具有小变形、弱非线性特点,固有频率在低频段密集分布,模态之间耦合效应较为明显。基于冷却塔刚体模型表面同步测压风洞试验结果,以非定常气动力作为输入荷载,考虑冷却塔多模态之间耦合效应,利用虚拟激励法和振型迭加法进行结构随机风振响应分析。定量地比较了结构风振响应中背景分量和共振分量的贡献,研究了参振模态数目、力谱交叉项和结构阻尼比等参数的作用效果,并与冷却塔气弹模型测振风洞试验结果进行了比较。

超大型冷却塔等效静风荷载精细化计算及应用

在模态加速度法和荷载-响应相关法的基础上,推导出超大型冷却塔等效静力风荷载(简称ESWLs)的精细化计算方法,提出用于补偿背景和共振交叉项的一致耦合方法(consistent coupled method,简称CCM)来求解结构ESWLs。该方法采用统一理论进行背景、共振和交叉项3个分量的求解,能完全考虑各共振模态之间、共振和背景模态之间的耦合效应,并赋予背景与共振交叉项ESWLs分量以明确的物理意义。以内陆某核电超大型冷却塔(塔高215m)为例,采用CCM方法进行ESWLs计算,探讨了ESWLs平均、背景、共振和交叉项分量的分布特征,并结合规范条款对比分析了超大型冷却塔风振系数的数值和分布特征,为超大型冷却塔结构设计和抗风安全性提供参考。

超大型冷却塔随机地震响应分析

为全面掌握核电超大型冷却塔的抗震性能,首先进行结构的模态分析,然后采用振型分解反应谱法和弹性时程分析方法,计算结构在多遇地震作用下的响应,并对结构进行考虑材料和几何非线性的动力弹塑性时程分析,得到结构在罕遇地震作用下的响应。由于超大塔支柱跨度达到170m,还首次对结构进行了考虑行波效应的多点激励分析。结果表明:结构前8阶振型以局部振动为主,直到第9阶出现整体倾覆振型。在多遇地震作用下,支柱的最大位移和基底剪力均满足规范要求,且水平地震反应远大于竖向地震反应。在罕遇地震作用下,支撑结构位移角远小于规范限值,出现的塑性铰数量较少,且主要分布在支柱与壳体的连接处。多点输入对支柱内力影响较为不利,而对支柱位移和塔筒内力影响较小,塑性铰出现的数量稍多且破坏程度更加严重。

基于大涡模拟超大型冷却塔施工期风荷载时域特性分析

现有冷却塔风荷载研究成果均忽略了施工期的影响,以国内在建世界最高220 m超大型冷却塔为对象,基于大涡模拟(LES)方法获得了施工期冷却塔周围流场信息和三维气动力时程,并将成塔平均风压分布结果与规范及实测曲线进行对比验证了数值模拟的有效性.在此基础上,对比分析了冷却塔施工期平均风压分布规律和流场特性,并基于不同工况下冷却塔周围速度和涡量变化提炼出施工期流场特性与作用机理,揭示了施工期冷却塔脉动风压、极值风压、升/阻力系数及测点间相关性的分布规律,最终基于非线性最小二乘法原理给出了随高度变化的极值风压拟合公式.研究结果表明,端部效应的影响使冷却塔负压极值随施工高度增加由-3.91升至-1.75后降至-2.28,升力系数随施工高度增加逐渐减小,而阻力系数呈先减小后增大的趋势,脉动风荷载的相关性随高度变化先增强后变弱.主要结论可供此类大型冷却塔施工期设计风荷载取值参考.

复杂山体下双塔布置超大型冷却塔风致干扰效应研究

以中国西北地区已建成的210m世界最高冷却塔为例,采用风洞试验和CFD数值模拟两种方法,获得了考虑复杂山体(海拔接近冷却塔喉部高度,且距离塔体很近)双塔布置冷却塔表面流场信息和压力分布模式。在此基础上,对比分析考虑复杂山体和建筑干扰时冷却塔表面最大负压、基于极值负风压的干扰系数和平均风压分布特性,并针对最不利工况进行复杂山体和塔群之间的风致干扰机理研究。研究表明:采用风洞试验和数值模拟两种方法得到的冷却塔基于极值负风压的干扰系数分布规律一致,两者最大值相差8%;复杂山体对冷却塔群来流湍流和表面风压分布模式的影响显著,同时受到冷却塔和干扰建筑物之间"夹道效应"的影响,最不利工况下冷却塔基于极值负风压的干扰系数可达1.586,远大于没有复杂山体时的工程常见干扰系数。

考虑气弹效应的超大型冷却塔脉动风压非高斯特性研究

设计制作可同步测压测振的超大型冷却塔(高度为200 m)完备气弹模型,获取了考虑气弹效应的表面脉动风荷载,并对脉动风压的非高斯统计特性进行研究。基于测点脉动风压时程及其概率密度分布曲线,对具有非高斯分布特性的局部区域作出判断,再从风压信号的时间空间相关性入手,并结合中心极限定理讨论非高斯风压的形成机理,最后基于高阶矩的斜度及峰态值给出非高斯特征的区域划分和判别标准。

雨区干湿混合模式对超大型湿式冷却塔传热传质性能影响的数值模拟

为解决超大型湿式冷却塔雨区进风阻力大、传热传质性能沿径向分布不均等问题,提出雨区干湿混合的冷却模式。建立超大型湿式冷却塔三维数值计算模型,并进行验证。定义半径占比g、安装角a等参数,并设计不同半径占比g、收水板宽度d和安装角a的多种优化方案,研究不同优化方案下冷却塔内的空气动力场及传热传质性能。结果表明,雨区干湿混合模式可减小雨区进风阻力,提高塔内空气动力场均匀性;当y=2/3、α=15°及d=16.50m时,冷却塔传热传质性能相对优化值:与原始常规塔相比,水温降增大了0.24℃,冷却数提高了0.12,通风量提升了1690kg/s。另外,全塔抽力随干区面积增大而升高,干湿混合冷却模式可使全塔抽力提高10.6Pa。

超大型双曲冷却塔风荷载特性风洞试验研究

结合韩城第二电厂冷却塔风洞试验，在模拟大气边界层和周边地貌的情况下，研究了不同风向角下，超大型冷却塔风荷载特性及高大地面建筑群的影响。给出了风荷载高度变化系数、风压分布特性及其三维效应区域、地面附着物影响和风荷载体形系数，与《建筑结构荷载规范》中B类地貌上述参数有较明显差异，对双曲冷却塔、特别是超大型双曲冷却塔工程结构设计，有重要的参考价值。

超大型双曲冷却塔双塔干扰的风荷载特性研究

研究不同风向角、两个超大型双曲冷却塔构成串列、并列及来流与双塔中心连线成40°夹角等不同位置时，塔体的风压分布以及其附近高大地面建筑群的影响，给出了双塔干扰时的风荷载特性和工程实际中应考虑的问题，研究结果可供此类冷却塔的工程设计参考。

超大型双曲冷却塔考虑不同场地类型的地震性能研究

当不具备直流冷却条件时,工业生产过程中产生的废热,需要用冷却塔来冷却。本文研究的超大型双曲冷却塔是火电厂中循环冷却水的重要建筑物,其高度达到250 m,底部直径也达到了200 m。其高度远远超过规范＂冷却塔高度≤150 m＂的限制。由于规模较大,冷却塔的抗震性能就变得更加重要。本文对超大型冷却塔结构进行模态分析、地震作用分析,并比较不同场地类型下的结构地震响应,分析结果显示：冷却塔受力敏感部位为塔身底部和喉部,应作为重点考察其受力与变形;冷却塔地震作用受场地影响较大,应避免在不利场地条件下选址。

基于风洞试验的四塔布置超大型冷却塔风致综合受力与稳定性能

以串列、矩形、菱形、L形和斜L形5种四塔组合方案为例,基于刚体测压风洞试验获得了不同四塔布置形式下冷却塔群表面风荷载分布模式.建立了塔筒-支柱-环基的一体化有限元模型,探讨了不同来流风向角下四塔布置形式和相对位置对风致响应的影响规律.验算了塔筒局部稳定性和整体屈曲稳定性,对比分析了四塔塔群的极限承载能力.结果表明:四塔布置形式对冷却塔位移响应、筒体环向弯矩和支柱扭矩影响较大,基于响应的四塔布置形式优选方案中串列布置形式性能最优,菱形、斜L形、矩形和L形次之;串列和斜L形布置形式在稳定性能方面较其余四塔布置形式更优,而L形、菱形和矩形布置形式的临界风速分别为串列布置形式的65%,70%和60%.

不同导风装置对超大型冷却塔风压特性影响研究

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。