塔器扰流器设计及防振性能研究
露天放置的塔容器在一定速度的风力作用下，其背风面会形成有规律的两行旋涡尾流，旋涡周期性的产生和脱落将引起塔体的横风向振动。为减小塔器风诱导振动的危害，研究适合塔器应用的扰流器对于工业实际有重要意义。 本文以机械振动理论和涡致振动理论为基础，探究了周期性激励扰流机理，并依据周期性激励扰流机理，设计出正弦声波扰流器和脉冲气流喷射扰流器。两种扰流器由扰流源、扰流控制装置和扰流发射装置组成。为了研究声波扰流器和喷射扰流器的扰流效果，设计了塔器风洞实验，实验测定了无扰流作用和两种扰流器作用下塔器风诱导振动的振动特性。结果表明，设置扰流器后，周期性激励导致塔体周围绕流边界层提前分离，塔壁压力差和旋涡脱落频率减小，从而导致塔器风诱导振动的振幅也减小，防振效果显著。 为了进一步研究两种扰流器对于工业用塔的防振效果。本文建立了基于LES大涡模拟的ANSYS-CFX流固耦合模型并进行了塔器扰流防振的模拟计算，并通过风洞实验结果对模拟模型进行了验证。扰流器的安装高度或数目的增加，振幅最大值和均方根值均减小，防振效果增强。在本文研究的安装高度范围内，当塔器安装高度在4/5以上的塔高范围内，扰流器数目为6组，扰流速度范围在0.75~1.30倍的第一临界风速、扰流频率取接近塔体分离边界层中不稳定流的频率时，扰流器可以达到较好的防振效果。 针对工业塔器的模拟研究结果表明，扰流器的安装位置与来流风向夹角为90°、扰流速度取1倍的第一临界风速、扰流频率取Prasad& Williamson经验公式计算值时，扰流防振效果最好。塔器横截面设置夹角为60°的多组扰流器可以提高防振效果。对三座不同长径比尺寸的塔器的模拟研究结果显示，本文提出的两种扰流器和主要设计参数对工业塔器的防振有较好的适应性。 本文的研究工作为塔器防振中扰流器的设计与应用提供了参考。
塔容器;扰流器;防振性能;流固耦合模型;横风向振动
天津大学
硕士
化工过程机械
谭一蔚
2014
中文
TQ053.2
81
2015-09-25（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）