Магистрант кафедры «Сопротивление материалов»
г. Ростов-на-Дону, пл. Гагарина, 1
1, Gagarin Sq., Rostov-on-Don
Профессор кафедры «Сопротивление материалов», доктор технических наук, доцент
г. Ростов-на-Дону, пл. Гагарина, 1
1, Gagarin Sq., Rostov-on-Don
Введение. Строительство градирен было и остается актуальным в современном мире. Распространение башенных градирен необходимо для энергетической промышленности. Проблема заключается в допустимом расположении совокупности градирен гиперболоидного типа на одном объекте топливно-энергетического комплекса. Цель представленной работы — исследование распределения ветрового давления на градирню в форме однополостного гиперболоида вращения, а также взаимного влияния близко расположенных градирен. В рамках поставленной цели решаются следующие задачи: построение конечно-элементных моделей отдельно стоящего и нескольких близко расположенных сооружений, анализ изополей ветрового давления на различных отметках и сопоставление результатов с положениями действующих норм.Материалы и методы. Объект исследования — башни гиперболоидного типа, общая высота которых составляет 53,3 м. Анализ выполняется при помощи трехмерного конечно-элементного моделирования в модуле CFX верифицированного программного комплекса ANSYS. Используется модель турбулентности — k-epsilon. Скорость ветра в качестве упрощения принимается постоянной по высоте сооружения. Оболочки в форме однополостного гиперболоида задаются параметрическим уравнением совместно с воздушным пространством, которое моделируется объемными конечными элементами в форме тетраэдров. Поверхность оболочек принимается идеально гладкой. Помимо конечно-элементного анализа выполнен расчет на коэффициент помех по действующим нормам для железобетонных градирен.Результаты исследования. Получены результаты по распределению ветрового давления на отдельно стоящие и близкорасположенные градирни. Приведены изополя ветрового давления на различных отметках при различном расположении башенных сооружений.Обсуждение и заключения. В результате сопоставления полученных результатов с действующим СП 20.13330.2016 «Нагрузки и воздействия» и СП 340.1325800.2017 «Конструкции железобетонные и бетонные градирен. Правила проектирования» выявлено, что распределение ветрового давления по окружности зависит от высоты, что не учитывается в нормативной документации. Произведен анализ взаимного влияния близко расположенных башенных градирен, и показано, что в действующих нормах сильно завышается коэффициент помех.
Introduction. The construction of cooling towers has always been and remains a pressing issue in today's world. Wide spreading of cooling towers is necessary for power industry. The problem lies in the allowable location of a set of hyperbolic cooling towers at a premises of a single fuel-and-energy facility. The aim of the present study is to investigate the wind pressure distribution on a cooling tower having the shape of a single-cavity hyperboloid of rotation and the cross-interference of the closely spaced cooling towers. To achieve the set forth aim the following objectives are being solved: the finite-element modeling of a free-standing and several closely spaced structures, the analysis of the wind pressure isofields at different elevations and the comparison of the results with the currently valid standards.Materials and methods. The object of the study is the hyperboloid type cooling towers of total height 53.3 m. The analysis is carried out with the help of the three-dimensional finite-element modeling in the CFX module of the verified ANSYS software package. The k-epsilon turbulence model is used. For simplification, the wind speed is assumed constant along the structure’s height. The shells in the shape of a single-cavity hyperboloid including the airspace are specified by a parametric equation, which is modeled by using the solid finite elements in the form of tetrahedrons. The surface of the shells is assumed to be perfectly smooth. Besides finite-element analysis, the calculation of the interference factor is made according to the standards currently valid for reinforced concrete cooling towers.Results. The results of wind pressure distribution on free-standing and closely spaced cooling towers were obtained. The data on the wind pressure isofields at various elevations at various locations of tower structures was given.Discussion and conclusions. Upon comparing the obtained results with the currently valid SP 20.13330.2016 «Loads and actions» and SP 340.1325800.2017 «Reinforced concrete and concrete structures of cooling towers. Design rules» it was found that the distribution of wind pressure along circumference depends on the height, which had not been taken into account in the regulatory documentation. The analysis of cross-interference of the closely spaced cooling towers was carried out and it was demonstrated that in the currently valid standards the interference factor had been greatly overestimated.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.