一种大型冷却塔风洞试验的模拟方法与流程

本发明涉及一种通过在大型冷却塔风洞试验模型表面粘贴特定粗糙度的均匀壁纸，对试验模型的雷诺数效应进行补偿和模拟的技术措施。

背景技术：

大型冷却塔是火力发电厂汽轮机组重要的冷却设备之一，作为一种双曲线型钢筋混凝土薄壳结构，常为发电厂作为水冷却设备作用，其运行性能对电厂的安全经济运行有重要的影响。其中自然通风逆流式双曲冷却塔是目前国内火力发电厂中应用最为广泛的一种冷却塔结构形式，其热力性能受周边环境因素影响较大，在结构方面尤其在受到侧向风荷载的作用下使得冷却塔上部通风塔受力极不均匀。风荷载对于结构的影响相对于其他结构来说，变截面双曲钢筋混凝土薄壳结构对脉动风荷载的影响更为敏感，故通过风洞试验来对大型冷却塔的风荷载研究是十分有必要的。

风洞试验作为结构风工程最直接、有效的研究手段。对于冷却塔这种具有圆形截面的结构，周围的流场同雷诺数的关系十分密切。在风洞试验中，由于模型进行了大幅度的缩小，而风速并不能比实际自然风增大很多，导致试验的雷诺数比实际雷诺数小很多，雷诺数的不一致有可能造成气动力和表面压力等测试同真实结构偏差较大。而通过增大试验模型表面粗糙度的方法，可以在一定程度上消除由于雷诺数不一致造成的偏差。目前增大粗糙度的方法有打磨、在模型表面粘贴纸胶带等方法。打磨的方法不容易控制粗糙度的大小和均匀程度，粘贴纸胶带会导致整塔表面粗糙度不一，而且均没有给出确切的粗糙度值。

为解决上述存在的问题，本发明通过在冷却塔表面粘贴特定粗糙度的均匀壁纸，来消除雷诺数不一致造成的影响。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种大型冷却塔风洞试验的模拟方法，本发明通过在冷却塔表面粘贴具有特定粗糙度的均匀壁纸，来消除雷诺数不一致造成的影响，使之能够精确的对冷却塔各处所受到的风压进行模拟。

为解决上述问题，本发明采取的技术方案是一种大型冷却塔风洞试验的模拟方法：

（1）制作冷却塔的试验模型，缩尺比例定为1:150；

（2）选取不同种类的壁纸，将各种壁纸分别粘贴至冷却塔模型喉部，来改变模型表面的粗糙度，分别进行风洞试验，测试冷却塔喉部的压力系数；

（3）将测试得到的压力系数, 同《工业循环水冷却设计规范》给出的结果进行对比，选出与该规范结果最接近的一种壁纸，将该壁纸的粗糙度最为最佳粗糙度。；

（4）将具有最佳粗糙度的壁纸粘贴在模型表面，进行全塔风洞试验，测试压力系数，作为全塔风洞试验的结果。

优选的，所述步骤（2）中粗糙度的表示用“轮廓的算术平均偏差Ra”和“轮廓均方根偏差Rq”两个参数，其中，，其中：L为粗糙度轮廓曲线图中的取样长度，y为粗糙度轮廓曲线图上的点到基准线（x轴）的距离。

优选的，所述步骤（2）或/且步骤（4）中的模拟试实验为风洞试实验，风洞为一串联双试验段回/直流边界层风洞，低速试验段宽4.4米，高3米，长24米，最大风速超过30米/秒；高速试验段宽2.2米，高2米，长5米，最大风速超过80米/秒。

优选的，所述步骤（4）中在模型全塔上的测压点布置为自上而下9排测压孔，每排36个测压孔的均匀布置形式。

优选的，所述壁纸均匀平整地粘贴在试验模型表面。

优选的，所得到的最佳粗糙度为Ra=34.26m±3m，Rq=40.76m±3m。

优选的，压力系数数据采集采用DTC Initium型电子式压力扫描，最大可同时连接8个压力扫描阀模块，其精度达到±0.15% F.S.，每个模块有64个通道，因此可同步测量的最多通道数为512个，每个通道的采样频率为312.5Hz。

本发明的有益效果在于，采用模型的方式进行测试时由于模型进行了大幅度的缩小，而风速并不能比实际自然风增大很多，导致试验的雷诺数比实际雷诺数小很多，雷诺数的不一致有可能造成气动力和表面压力等测试同真实结构偏差较大，所以针对上述情况，本发明提供了一种方法，该方法中包含了在模型表面粘贴不同粗糙度的壁纸，首先在模型的喉部进行粗糙度测试实验，选取最佳的粗糙度壁纸，然后再将此壁纸用于整个全塔模型，由于确定的最佳粗糙度的壁纸与标准相一致，所以对全塔的模型试验也十分的准确，从而避免了雷诺数不一致而造成的与真实结构的偏差，消除了不确定值，使最终测得的模拟数值与真实实际数值一致，有效地解决了上述问题，相对打磨的方法更加准确也更加节省时间。

附图说明

图1为粗糙度轮廓曲线图；

图2 全塔模型测压点布置图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：如图1、图2所示的一种大型冷却塔风洞试验的模拟方法，包括以下步骤：

（1）制作取冷却塔的试验模型，缩尺比例定为1:150；

（2）选取不同种类的壁纸，将各类壁纸分别粘贴至冷却塔模型喉部，壁纸均匀平整地粘贴在试验模型表面，采用在冷却塔模型表面粘贴壁纸的方法改变其粗糙度，分别确定每一类壁纸对冷却塔模型喉部所造成的粗糙度，分别对每一类壁纸进行喉部模型试验，采集冷却塔喉部的压力系数；粗糙度的表示用“轮廓的算术平均偏差Ra”和“轮廓均方根偏差Rq”两个参数，其中，，其中：L为粗糙度轮廓曲线图中的取样长度，y为粗糙度轮廓曲线图上的点到基准线（x轴）的距离；模拟实验为风洞实验。

（3）将测试得到的多个压力系数, 同《工业循环水冷却设计规范》给出的结果进行对比，选出与该规范结果最接近的一种壁纸所造成的最佳粗糙度；最佳粗糙度为Ra=34.26m±3m，Rq=40.76m±3m。

（4）利用在冷却塔喉部粗糙试验所得到的最佳粗糙度所对应的壁纸进行全塔模拟试验，测试压力系数，最为全塔风洞试验的结果。风洞试验使用的风洞为一串联双试验段回/直流边界层风洞，低速试验段宽4.4米，高3米，长24米，最大风速超过30米/秒；高速试验段宽2.2米，高2米，长5米，最大风速超过80米/秒。

在模型全塔上的测压点布置为自上而下9排测压孔，每排36个测压孔的均匀布置形式。

压力系数数据采集采用DTC Initium型电子式压力扫描，最大可同时连接8个压力扫描阀模块，其精度达到±0.15% F.S.，每个模块有64个通道，因此可同步测量的最多通道数为512个，每个通道的采样频率为312.5Hz。

风洞试验中由于模型进行了大幅度的缩小，而风速并不能比实际自然风增大很多，导致试验的雷诺数比实际雷诺数小很多，雷诺数的不一致有可能造成气动力和表面压力等测试同真实结构偏差较大，所以针对上述情况，本发明提供了一种方法，该方法中包含了在模型表面粘贴不同粗糙度的壁纸，首先在模型的喉部进行粗糙度测试试验，选取最佳的粗糙度壁纸，然后再将此壁纸用于整个全塔模型，由于确定的最佳粗糙度的壁纸与标准相一致，所以对全塔的模型试验也十分的准确，从而避免了雷诺数不一致而造成的与真实结构的偏差，消除了不确定值，使最终测得的模拟数值与实际数值一致，有效地解决了上述问题，相对打磨的方法更加准确也更加节省时间。