高塔流固耦合振動特性分析及結構改進研究.pdf

1、高塔結構是工業(yè)生產(chǎn)中的重要設備，近年來高度與直徑比很大的塔結構數(shù)量逐漸增多，高塔結構的重要載荷是風載荷，風載荷是一種典型的動力載荷，在風載荷與塔結構的流固耦合相互作用下，會使塔結構產(chǎn)生高頻的振動和大幅度的變形，所以合理的塔結構對塔的抗風能力有著重要影響。本文以某火力發(fā)電廠塔設備為研究對象，針對高塔在強風中的振動問題，對塔設備提出了三種改進結構，采用數(shù)值模擬的方法，分析了塔結構周圍的風流場，并對塔結構及其改進結構進行了流固耦合振動特性分析

2、，主要研究內(nèi)容如下：
　　(1)根據(jù)某企業(yè)的工程應用，基于ANSYS Workbench中Design Modeler模塊建立了原塔結構的有限元模型，在原塔結構的基礎上提出了三種改進的塔結構，對比分析了原塔結構和改進結構的固有頻率和振型，并分析了在靜力學風載荷作用下原結構和改進結構的變形和應力。結果表明，改進結構前二階固有頻率和振型與原塔結構接近，并且數(shù)值隨著加固高度的增加有先增大后減小的趨勢，改進結構的后四階固有頻率較原塔結構的

3、大，其數(shù)值隨著加固高度的增加而增加；在靜力學風載荷的作用下，改進結構很好的減小了原塔結構的變形，并且隨著加固高度的增加塔的變形逐漸減小。
　　(2)利用Fluent軟件對不同重現(xiàn)期風速下的塔周圍的流場進行了模擬，得出了塔的升力系數(shù)變化曲線，通過Matlab對升力系數(shù)曲線對其進行了頻率分析，與不同高度處的漩渦的理論脫落頻率進行了對比，并分析了塔周圍的壓力和速度場分布。結果表明，在5m左右高度處對應的升力系數(shù)振幅最大，隨著高度的增加，

4、漩渦脫落的頻率變快，并且風速增大時，對應的升力系數(shù)振幅增大，頻率增加；在塔的迎風面風壓呈對稱分布，在塔的背風側，不同風速下和不同高度處的風壓分布不同。
　　(3)基于ANSYS Workbench中的SYTEM COUPLING模塊對不同塔結構在不同重現(xiàn)期風速作用下進行了雙向流固耦合模擬，對比分析了在不同重現(xiàn)期風速下原塔結構和改進結構的順風向振動和橫風向振動。結果表明，在雙向流固耦合計算過程中，改進結構在整個時程內(nèi)的每個時間步的最