常熟10吨-15吨-20吨冷却塔

：杨

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公司对冷却塔的研究实例：摘 要：设计加工了 1︰200 缩尺比某超大型冷却塔气弹模型和刚体测压模型，对不同塔距双塔组合、四类典型
工程场地单塔风振响应进行气弹模型测振风洞试验，比较了双塔塔距、来流方向角和流场条件对于冷却塔塔筒风
振系数的影响；结合东南沿海某工程场地冷却塔群塔及周边建筑物组合形式，采用刚体模型测压试验和气弹模型
测振试验比较了复杂场地条件多塔比例系数和风振系数，表明工程场地中与冷却塔同等尺寸其他建筑作为施扰物
的重要影响。上述试验结论与我国冷却塔荷载规范进行了详细对比，指出现行规范在适用新建超大型冷却塔工程
需要改进的方面。
关键词：冷却塔；风洞试验；气弹模型；风振系数；群塔比例系数；干扰效应
大型冷却塔设计中风荷载是重要的控制因素，
其风荷载作用下表面气动力分布、风振响应动力放
大效应和群塔干扰效应历来为结构工程师所关注。
许多国家冷却塔风荷载规范规定了可忽略群
塔干扰效应的中心塔距，认为冷却塔群塔中心距小
于该塔距时，有可能随风向的改变而互相干扰，产生“通道"或“屏蔽"效应，从而改变了冷却塔表
面的风压分布及大小。我国冷却塔规范 NDGJ5-88
[1]
补充说明条文中指出：“结构计算时，国外通常采
用加大风压系数来考虑塔群的影响。如联邦德国
Herzog 博士建议风压乘以 1.25，英国 BS4485 规定
塔群影响风压系数取用 1.0―1.3，联邦德国和法国
有的规定塔群影响系数采用 1.0―1.15"。除了不同
国家规范及学者关于群塔效应比例系数取值存在
差异外，对于忽略干扰效应zui小相邻塔距亦有不同
规定。我国规范和英国 BTR 规范
[2]
规定相邻塔距
D
L
超出1.5倍塔底直径R
b
时，群塔比例系数K
m
=1.0；
法国“Regles Professionlles"规范
[3]
指出，仅当
D
L
≥3.0R
b
时，K
m
=1.0，当 D
L
=2.0R
b
时，K
m
=1.15。
比较各类规范，我国冷却塔荷载条款可能会低估结
构表面风载取值，有必要结合目前*的风洞试验
技术重新认识该问题。
随着我国日新月异的电厂冷却塔工程发展态
式，近年来超大型(冷却塔高度≥165m)、高密度布
置(周围具有与冷却塔同等规模尺寸其他建筑)冷却
塔群不断兴建，超出了我国冷却塔规范塔高的zui小
要求
[1,4]
，且东南沿海新建超大型冷却塔面临登陆强
台风考验，评价此类特殊条件下冷却塔群塔干扰及
风振效应变得非常紧迫。
近几年，针对冷却塔抗风问题已展开了较为广
泛的研究工作
[5―7]
，风洞试验为其中有效手段之一，
主要采用刚体模型表面同步测压和基底高频天平
测力试验方法。目前各类风洞试验大都基于确定的
工程项目背景，研究工作缺少系统性，且无法直接
获得冷却塔风振响应情况；冷却塔气弹模型试验亦
有初步尝试，但从其具体技术环节来看，尚有许多
不合理的地方
[7―8]
，一定程度上限制了冷却塔气弹
模型风洞试验结果的工程应用。针对冷却塔传统气
弹模型存在的问题，以东南沿海某超大型冷却塔为
例(塔高 177.146m，塔顶外半径 41.130m，喉部中面
半径 39.108m，进风口中面半径 67.347m)，采用等
效梁格法
[9]
设计加工冷却塔气弹模型，在同济大学
TJ-3 风洞中，详细研究了双塔之间干扰效应随塔距
及风向角的变化关系；比较了 A 类、B 类、C 类、
D 类四类典型场地条件下，冷却塔单塔风振系数分
布情况并与规范值进行了比较；采用刚体模型表面
测压及气弹模型测振试验方法，定量地比较了实际
工程场地群塔布置形式及周边建筑物对于群塔比
例系数和风振系数的影响。
1 试验模型
按 1︰200 缩尺比制作冷却塔气弹模型及测外
压模型(图 1(a)和图 1(b))。冷却塔气弹模型的刚度
*由模型空间钢梁骨架提供，选用多种厚度规格
镀锌薄钢片作为骨架用材，其环向与子午向分别为
14 条和 36 条正交薄钢片。根据冷却塔筒壁弯曲、
扭转刚度和轴向刚度的相似比要求，设计加工可调
厚度和宽度薄矩形截面钢片骨架，其轴线与实际冷
却塔筒壁*。按照几何外形相似要求，选用具有
可张拉性能的弹性、轻质薄膜整体张贴在钢骨架外
表面模拟冷却塔结构的气动外形，外衣本身不提供
刚度且表面不留缝隙，张紧后的外衣在风速作用下
不会出现明显的局部风振和变形。根据冷却塔质量
系统相似比的要求，扣除钢骨架和外衣所提供的实
际质量，在正交薄钢片节点附加铜块配重补充不足
质量。冷却塔测外压模型采用有机玻璃板材热塑制
成，具有足够的强度和刚度，在试验风速下不易发
生变形和振动现象。冷却塔模型表面绕流分布、
Reynolds 数和 Strouhal 数效应采用调整表面粗糙度、
来流风速和紊流度等方法修正模拟，限于篇幅具体
过程详见文献[10―11]。
对于气弹模型，利用激光位移计沿塔筒环向同
步测量八个方向的风振位移响应，沿子午向测量六
个不同高度处的风振位移；对于刚体测压模型，在
待测冷却塔外表面沿子午向和环向布置 12×36=432
个测压点。两类模型测振断面及表面测压点布置如
图 1(c)所示。