高海拔高速运行高铁车顶绝缘子风压分布及海拔修正

车顶绝缘子是高铁动车组列车重要的组成部件,高海拔地区运行中车顶绝缘子在高速气流作用下周围风压分布形成负压区导致其综合气压远低于实际海拔对应的气压进而影响车顶绝缘子电气性能。该文基于计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD),建立仿真模型,分析高速气流作用下车顶绝缘子周围风压分布特性及影响因素,并提出高海拔高速气流综合作用下车顶绝缘子电气强度修正方法。结果表明:车顶绝缘子的风压低值分布在侧风面伞裙根部(大伞在下表面根部,小伞在上表面根部);迎风面风压、背风面和侧风面风压的绝对值都随风速的增大呈指数增长,且海拔越低,增长越快;攻角为80°左右时将形成更明显的低压区;海拔4000m、运行速度为360km/h综合作用下车顶绝缘子形成负压相当于4599米海拔对应的气压,车顶绝缘子外绝缘修正应予以考虑。

外浮顶储油罐静储过程VOCs排放影响因素研究

为解决原油罐储过程中VOCs排放问题,从理论计算油田现场储罐进VOCs损耗量出发,定性分析大气温度、太阳辐射以及风速对储罐排放VOCs的影响,并基于不同影响因素对VOCs排放的影响方式给出解决办法。在原油外浮顶储罐静储过程VOCs排放的主要影响因素定性分析过程中,发现随着太阳辐射强度的增大、大气温度的升高和风速的增快,储罐VOCs损耗量也随之增加。考虑到太阳辐射、大气温度对储罐VOCs排放的影响,建议采用隔热涂层和加装反光条措施进行减排;在应对风速影响方面,采取消除液面上的气体空间和设置呼吸阀挡板进行减排。

基于PyroSim的不同曲率弯曲隧道火灾特性研究

为探究弯曲隧道的火灾特性,研究曲率对弯曲隧道火灾烟气蔓延的影响规律,使用火灾动力学模拟软件PyroSim,对不同曲率弯曲隧道的临界风速、温度分布、烟气蔓延规律及顶棚温度衰减规律进行研究。结果表明:在同一火源功率和火源位置的情况下,临界风速与隧道曲率呈正相关性;由于壁面沿程阻力的特殊性,弯曲隧道内高温烟气在隧道内侧的传播速度更快,并且随着火灾持续时间增加,隧道两侧烟气传播速度的差距增大;火灾的顶棚温度衰减与曲率呈正相关,给出了曲率为0.6%、0.5%、0.3%、0.25%、0.14%的顶棚温度衰减预测模型。

超大跨屋面结构风速时程的数值模拟研究

基于自然风的特性，采用AR模型（自回归模型）模拟具有时间和空间相关性的随机风速时程，并对Whittle递推算法进行了改进，用于求解回归系数矩阵，编制了相应的风速时程模拟程序．算例表明：该法计算效率高，所编制程序可用于超大跨结构复杂屋面随机风场模拟．另外，通过对AR模型有关参数的分析讨论知：对于Davenport谱，兼顾精度和效率，时间步长取0．1s左右、截取频率上限取5～8Hz比较适宜．

高速气流环境绝缘子积雨特性及其影响因素

降雨条件下绝缘子表面积雨分布是诱发雨闪的关键因素,为分析绝缘子积雨特性,构建了雨滴吸附在绝缘子表面的判据,建立了风洞仿真模型。研究表明：迎风面积雨严重,雨滴受强曳力作用侧风面积雨较轻,背风面存在湍流,少量雨滴绕到背风面并吸附在其表面。随着降雨强度增大,迎风面积雨质量流量呈现先增加后减缓的趋势,侧风和背风面积雨质量流量呈现增加并趋于稳定的趋势;随着入口风速增大,迎风和侧风面单位时间积雨量逐渐增加并增速减缓,背风面在来流角为90°时积雨量逐渐减小,来流角〈90°时逐渐增大;随着来流角增大,迎风面积雨量逐渐增大,侧风和背风面积雨量逐渐减小。

Safety Limits for Pre-Tension of Membrane Roofs on Closed Structure in Air Flow

The stiffness required for the normal operation of membrane roof comes from the application of pre-tension. When the pre-tension is too small, it is easy to cause instability under the action of wind load, which leads to excessive deformation of the roof and local or overall damage. In order to ensure that the membrane roof is always in normal use state in the airflow field, this paper takes the membrane pretension as the control parameter to study the value of safety pretension of closed membrane roof. According to the theory of large deflection of membrane and Galerkin method, the nonlinear vibration differential equation of membrane roof under static wind is established, and the critical state of safe working of membrane roof is determined by judging the stability of the solution of the equation, and the expression of critical wind speed is obtained. By establishing the inequality relationship between local design wind speed and critical wind speed, the safety pretension limit of membrane roof under specific site can be obtained. The research shows that the safety pretension limits of closed membrane roofs are different in different areas under different design return periods. In addition, the value of safety pretension is related to the film geometry.

考虑风速风向联合分布的双坡屋面风致疲劳研究

为研究风荷载作用下大跨度低矮建筑金属屋面板的疲劳损伤分布规律,以坡度为1/60的双坡屋面建筑为研究对象,基于1975~2019年间的风速风向数据,研究了双坡屋面板50年重现期的疲劳损伤累积值。采用Gumbel分布描述日极值风速分布,混合Von Mises分布描述风向分布,并用单参数Archimedean Copula函数描述二者的相关性,得到了风速风向的联合分布;基于双坡屋面的测压风洞试验结果,考虑连续变化风速和离散风向角对疲劳寿命的影响,研究了金属屋面板的疲劳损伤累积值。结果表明:双坡屋面板疲劳损伤与主导风向、屋面位置等因素密切相关,位于主导风向处的迎风屋檐、边角等气流分离位置的疲劳损伤累积值远大于其他区域;良态风环境下,该双坡屋面金属屋面板50年风致疲劳损伤累积值最大可达0.746,风荷载可引起迎风屋檐、边角位置金属屋面板的疲劳破坏;对于金属屋面板而言,风致疲劳破坏是引发风揭事故的巨大隐患,应高度重视。

单侧大跨度钢结构屋盖风致响应分析

在对单侧大跨度屋盖做风振响应分析时,考虑竖向风荷载与不考虑竖向风荷载的区别,结合实际工程,对其做了CFD数值风洞计算,得到最不利风向角为正对看台的180°风向角,以及该风向角度下屋盖的风荷载体型系数分布情况,再利用Kaimal顺风向风速谱和Panofsky竖向风速谱编制程序输出风速时程,对屋盖结构进行了考虑竖向风和不考虑竖向风两种工况的有限元动力时程分析。结果表明,考虑竖向风与否对风振系数影响并不大,但考虑竖向风作用时其节点位移将是不考虑时的2倍左右,其振动幅值也有所增大,在做大跨度屋盖设计时应给予足够的重视。

高速气流环境下的车顶绝缘子表面沙粒沉积特性

研究车顶绝缘子高速气流环境下的积污特性对指导列车绝缘子运维策略减少污闪事故有重要意义,而现有的气固两相流仿真模型未考虑污秽颗粒的滑移现象,不适用于模拟高速气流环境下车顶绝缘子表面积污过程。为此以环氧树脂车顶绝缘子为研究对象,分析了高速气流下沙粒在绝缘子表面上的受力和运动,认为高速气流环境下需考虑已沉积沙粒在绝缘子表面的滑移运动并提出了相应的判据,建立高速气流环境绝缘子表面沙粒沉积仿真模型,分析了不同气流速度下环氧树脂绝缘子表面沙粒沉积特性,并通过风洞系统开展的绝缘子沙粒沉积试验验证了模型的有效性。仿真和试验结果均表明:环氧树脂绝缘子迎风面沙粒沉积量随着气流速度的增大而减小,背风面沙粒沉积量随气流速度的增大先增多后减少。其主要原因是气流曳力导致迎风面已经沉积的沙粒向背风面移动或离开绝缘子表面重新回到气流场中。

上海建筑楼顶风能资源的初步调查研究

研究了上海建筑楼顶风速与气象站数据的相关性。通过测试上海市同济大学嘉定校区和杨浦校区的某些高楼屋顶的24 h风速数据,将之与嘉定校区中德学院小型气象站的气象数据,以及上海徐家汇地区10 m高度测风塔上的气象数据进行对比,分析了上海市楼顶风速特点。经过比较,发现位于郊区的嘉定校区低层建筑楼顶的风速情况均可使用中德学院气象站的风速代替,但是高层建筑的风速情况还需进一步研究。而杨浦校区处于市区,地形复杂,各楼顶的风速不能以气象站的风速来估算,因此市区气象站的和各楼的风速相关性还有待进一步研究。

西安北站雨棚屋面抗风技术探讨

新型高速铁路客站雨棚大多采用直立锁边压型金属板屋面,由于直立锁边金属屋面的计算和试验方法尚不成熟,近年出现多起金属屋面被风吹落的现象。为了高速铁路运营安全,保证金属屋面质量,提高抗风揭能力,必须要强化施工图设计,把好原材料进场关,加强过程控制,规范验收工作,同时要加强风揭试验的验证。西安北站雨棚屋面的风揭试验表明,屋面抗风揭能力最薄弱的地方在支座和屋面板的咬口锁边处,通过在支座和屋面板的咬扣锁边位置增加抗风夹具,对薄弱处进行加强设计能够显著提高屋面的抗风揭能力,为提高直立锁边屋面抗风揭能力指出了方向,同时也表明抗风揭试验在金属屋面设计过程中的紧迫性和必要性。

闽南某大跨体育馆风环境的数值模拟研究

基于CFX10.0软件平台,采用SST湍流物理模型,对闽南某大跨体育馆周围的风环境进行数值模拟,根据已有的模拟数据对体育馆周围风环境用风速比评估方法进行评估,得出预测结论,为进行建筑设计时如何考虑周围风环境提供了可供参考的理论依据.

煤棚表面雪荷载数值模拟及技术要点

对于大跨结构,雪荷载往往是其控制荷载之一。在对大跨结构屋面积雪分布进行模拟时,通常面临采用何种风速作为输入风速,结果分析是否需要所有风向均进行考虑等问题。基于单方程模型方法,以某煤棚为案例,利用Fluent软件计算平台并进行二次开发,计算了多个风向角下煤棚表面的积雪分布系数。并从工程角度,提出采用现有气象数据与降雪模型相结合的方法,得到年最大降雪日伴随风速作为输入风速;同时指出,应主要关注冬日主导风向角及最不利风向角下积雪分布情况。

采空区坚硬顶板大面积冒落时巷道空气冲击波的计算

煤矿事故中,顶板事故占总事故的绝大多数,其中顶板大面积冒落时在工作面和巷道中所引起的空气冲击波加大了冒顶事故的危害。根据流体力学理论对坚硬顶板大面积冒落所造成的巷道局部风速、风力进行了理论推导和实例计算,结果表明,冒顶时巷道内单位面积承受的压力较大,放顶时应充分预测巷道内风力可能造成的危害,以减少事故伤亡。

开阔地貌台风风场现场实测与风洞试验应用研究

基于100m高测风塔上风速仪的现场实测数据,获得了开阔地貌台风风场的平均风速剖面与湍流度剖面模型。在大气边界层风洞中准确模拟了台风风场和《建筑结构荷载规范》(GB 50009—2001)规定的B类风场,并通过一个大跨刚性模型测压试验,详细分析与对比了两类风场条件下大跨屋面风荷载分布规律特征。研究结果表明:在开阔场地条件下,台风近地边界层平均风速沿高度分布符合对数律,亦满足指数律,风剖面幂指数介于规范规定的A类风场与B类风场之间,平均湍流度比B类风场规定值大1倍;台风风场作用下,开阔地貌大跨结构屋面风荷载受湍流度的影响远高于受平均风速剖面的影响,体型系数随湍流度的增大而增大,屋面风荷载亦随之增大。

高速气流下动车组车顶绝缘子积污特性研究

动车组高速运行过程中车顶绝缘子周围产生的高速气流会影响其表面积污规律。为了研究车顶绝缘子在高速气流条件下的积污特性,利用风洞试验模拟高速气流条件,研究了动车组高压隔离开关复合绝缘子在不同时长的高速气流条件下的积污特性,并进行分析比较。试验结果表明:在高速风洞试验条件下,绝缘子表面积污具有饱和特性;随着高速气流作用时间的增加绝缘子背风面所占面积比例越小,背风面与迎风面灰密的比值越大;绝缘子上表面灰密大于下表面灰密,并且高速气流作用时长对绝缘子上下表面污秽分布不均匀度影响较小。

考虑屋面板自振效应和流固耦合效应的大跨度空间结构风振系数

为了得到屋面板自振效应和流固耦合效应对大跨度空间结构风振系数的影响,首先对不同风速时程数值模拟方法的计算效率和计算精度进行比较,确定适合大跨度空间结构风速时程数值模拟的方法;分别针对考虑屋面板自振效应和流固耦合效应推导了风荷载计算公式;对天津奥林匹克中心体育场大跨度钢管桁架结构和某体育馆屋盖大跨度单层球面网壳结构进行风振系数计算分析。结果表明,考虑屋面板自振效应,结构风振系数增大;考虑流固耦合效应,结构风振系数减小,且风和结构的耦合起主要作用,风和屋面板耦合的影响很小,可忽略不计;同时考虑屋面板自振效应和流固耦合效应,结构风振系数分布规律基本不变,屋面板自振效应与流固耦合效应对结构风振系数的影响不能相互抵消,且对不同结构影响程度不同。