Исследование ветровых нагрузок на отдельно стоящие и близкорасположенные гиперболоидные градирни

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.

1. Осипов, С. Н. Использование воздушных прослоек в ограждениях зданий для энергосбережения при кондиционировании воздуха/ С. Н. Осипов, С. Л. Данилевский, А. В. Захаренко // Энергетика. Известия высших учебных заведений и энергетических объединений СНГ. — 2017. — № 5. — С. 470–483. — DOI: 10.21122/1029-7448-2017-60-5-470-483

2. Трушин, С. И. Влияние физической нелинейности на расчётные показатели устойчивости гибких сетчатых однополостных гиперболоидов вращения с образующими различных форм / С. И. Трушин, Ф. И. Петренко // Строительная механика инженерных конструкций и сооружений. —2017. — № 4. — С. 50–56. — DOI: 10.22363/1815-5235-2017-4-50-56

3. Сальков, Н. А. Общие принципы задания линейчатых поверхностей. Часть 2. / Н. А. Сальков // Геометрия и графика. — 2019. — Т. 7. — № 1. — С. 14–27. — DOI: 10.12737/article_5c9201eb1c5f06.47425839

4. Щербакова, М. А Обеспечение энергетической и экологической безопасности при модернизации предприятий теплоэнергетики / М. А. Щербакова, Л. И. Осадчая, Л. А. Ничкова // Экономика строительства и природопользования. — 2021. — № 3 (80). — С. 13–18. — DOI: 10.37279/2519-4453-2021-3-13-18

5. Гусев, В. П. Оценка шумового воздействия развитой по мощности ТЭЦ на жилую застройку / А. И. Антонов, В. И. Леденев, И. В. Матвеева // Биосферная совместимость: человек, регион, технологии — 2021. — Т. 2 (34). — С. 123–137. — DOI: 10.21869/2311-1518-2021-34-2-123-137

6. Немировский, Ю. В. Термонапряженное состояние многослойного полиармированного однополостного гиперболоида вращения / Ю. В. Немировский, А. И. Бабин, Е. А. Сальский // Научный вестник НГТ. — 2016. — № 3 (64). — С. 106–116. — DOI: 10.17212/1814-1196-2016-3-106-116

7. Бакулин, В. Н. Блочная конечно–элементная модель для послойного анализа напряжённо-деформированного состояния трехслойных оболочек с нерегулярной структурой / В. Н. Бакулин // Известия Российской академии наук. Механика твердого тела. — 2018. — № 4. — С. 66–73. — DOI: 10.31857/S057232990000701-1

8. Сивак, С. А. Комбинированный векторный метод конечных и граничных элементов для задачи распространения электромагнитного поля с учетом вихревых токов / С. А. Сивак, И. М. Ступаков, Н. С. Кондратьева // Научный вестник НГТУ. — 2018. — Т. 73. — № 4. — С. 79–90. — DOI: 10.17212/1814-1196-2018-4-79-90

9. Моделирование процессов теплообмена внутри герметичного корпуса бинс в мультифизичной постановке в ansys cfx и system coupling / А. А. Медельцев, П. А. Шаповалов, М. В. Воронов [и др.] // Известия ЮФУ. Технические науки. — 2022. — № 1 (225). — С. 140–152. — DOI: 10.18522/2311-3103-2022-1-140-152

10. Numerical simulation of cavitation surge and vortical flows in a diffuser with swirling flow / B. Ji, J. Wang, X. Luo, [et. al.] // Journal of Mechanical Science and Technology. — 2016. — Vol. 30. — Pp. 2507–2514. — DOI: 10/1007/s12206-016-0511-0

11. Манеев, А. П. Влияние ветра на фильтрацию газов через оболочку дымовых труб / А. П. Манеев, М. И. Низовцев, В. И. Терехов // Теплоэнергетика. — 2013. — № 4. — С. 20–26. — DOI: 10.1134/S0040363613040061

12. Газаров, А. Р. Исследование возможности применения компьютерных программ и решений для анализа и обработки параметров аэродинамики сооружений / А. Р. Газаров //Известия Тульского государственного университета. Технические науки. — 2022. — № 3. — С. 236–239. — DOI: 10.24412/2071-6168-2022-3-236-239

13. Кузнецов, В. С. Усилия в зданиях призматической формы при различном распределении ветрового воздействия / В. С. Кузнецов, А. А. Шурушкин //Теория инженерных сооружений. Строительные конструкции. — 2021. — № 5. — С. 31–39. — DOI: 10.33979/2073-7416-2021-97-5-31-39

14. Лампси, Б. Б. Численное и физическое моделирование ветровых потоков на большепролетное покрытие / Б. Б. Лампси, С. С. Шилов, П. А. Хазов // Вестник МГСУ. — 2022. — Т. 17. — № 1. — С. 21–31. — DOI: 10.22227/1997-0935.2022.1.21-31

15. Иноземцева, О. В. Устойчивость против опрокидывания в практике проектирования высотных зданий/ О. В. Иноземцева, В. К. Иноземцев, Г. Р. Муртазина // Строительная механика инженерных конструкций и сооружений. — 2021. — Т. 17. — № 3. — С. 228–247. — DOI: 10.22363/1815-5235-2021-17-3-228-247