火力發(fā)電廠典型特種結構風荷載研究.pdf

1、火力發(fā)電是現(xiàn)在電力發(fā)展的主力軍，在電力發(fā)展需求強勁的背景下，火力發(fā)電廠發(fā)展迅速。隨著火力發(fā)電廠規(guī)模的擴大和單機容量的提高，火電廠典型特種結構（煙囪、煤場）向高聳、巨型、群體等方向發(fā)展。上海漕涇發(fā)電廠2×1000MW工程項目是目前火力發(fā)電廠建設工程的典型代表。該電廠異型煙囪，高度210m，外形新穎，國內首創(chuàng)；該電廠煤場，由三座呈等邊三角形分布的外形相同的圓形煤倉組成，煤倉跨度122m，其規(guī)模國內少有。 目前預測建筑風荷載及風場規(guī)律

2、的主要方法有風洞試驗和數(shù)值模擬。數(shù)值模擬方法是隨著計算機技術的發(fā)展而發(fā)展起來的一種新的方法，是利用計算流體動力學（CFD）的理論成果，在計算機上進行建筑物風場的數(shù)值模擬，因此，也稱為數(shù)值風洞。與風洞試驗相比，數(shù)值風洞可以對足尺結構和建筑實際周邊環(huán)境進行數(shù)值模擬，可以根據研究需要方便地改變流場和結構的相關參數(shù)，對研究對象進行全方位多層次的分析研究。在研究中，數(shù)值風洞可以給出非常完整的資料，且成本低，速度快，具有模擬真實和理想條件的能力。

3、 本文在課題組前期研究成果的基礎上，把數(shù)值風洞試驗應用于國家重大工程項目風工程研究，通過對上海漕涇發(fā)電廠典型特種結構（煙囪、煤場）風荷載進行模擬和分析，為火力發(fā)電廠典型特種結構的結構分析提供合理的風荷載參數(shù)，對數(shù)值風洞廣泛應用于實際工程起到促進作用。 首先，組建數(shù)值風洞的控制方程和搭建數(shù)值風洞的計算平臺。給出了計算流體動力學的基本控制方程，包括連續(xù)方程、動量方程、能量方程，引入了湍流的統(tǒng)計平均方法中的雷諾平均方法，推導了描

4、述風湍流時均流動的基本方程，包括時均連續(xù)方程和雷諾方程。為了解決風湍流時均流動基本方程的不封閉性，討論了計算風工程領域一些常用的湍流模型，通過這些湍流模型，可以組成完整的數(shù)值風洞的控制方程。介紹了并行計算的基本原理，以及并行計算機的分類。在Windows XP操作系統(tǒng)下搭建了PC機群并行計算平臺、配置了數(shù)值風洞的軟件環(huán)境。 然后，采用數(shù)值風洞技術研究高聳異型煙囪橫風向氣動參數(shù)及其動力響應。參照設計部門提供的設計圖紙建立異型煙囪數(shù)

5、值模型，進行煙囪橫風向氣動參數(shù)的數(shù)值風洞試驗，獲得了煙囪各典型剖面的氣動參數(shù)。同時，模擬了方柱繞流、圓柱繞流等經典問題，并在渦量場、側力系數(shù)、斯脫羅哈數(shù)等方面與國內外最新風洞試驗和仿真結果進行了全方位、多層次的對比，對比結果驗證了本次數(shù)值風洞試驗結果的正確性。研究了橫風向風荷載對高聳異型煙囪的作用模式，并利用已獲得的煙囪橫風向氣動參數(shù)，結合異型煙囪有限元模型進行橫風向風荷載作用下的動力響應分析。 最后，采用數(shù)值風洞技術研究大跨圓

6、形煤倉風壓及風致干擾效應。參照設計部門提供的設計圖紙建立圓形煤場數(shù)值模型，進行單塔和群塔情況下煤倉數(shù)值風洞試驗。對于單塔情況，分析討論了筒倉高跨比、穹頂高跨比及帽頂對煤倉球形穹頂風壓分布的影響；對于群塔情況，分析了在不同風向角和不同塔間距情況下三圓形煤倉的風致干擾效應。為驗證圓形煤場數(shù)值風洞試驗結果的正確性，本文模擬了半球結構繞流和柱球結構繞流等經典問題，并在速度場、壓力場、壓力系數(shù)、阻力系數(shù)等方面與國內外最新風洞試驗和仿真結果進行了全