一种用于混凝土吸热塔风洞试验的气弹模型的制作方法

本发明涉及结构试验领域，具体涉及一种用于混凝土吸热塔风洞试验的气弹模型。

背景技术：

近年来，我国大气环境污染严重，煤炭燃烧被认为是产生大气污染的重要原因。因此，急需发展新型清洁能源来降低煤电的比例。太阳能是一种典型的清洁能源，但传统太阳能发电主要为光电式，能量直接从光能转化为电能，发电输出不稳定，并入现有电网的代价较高。为此，世界各国开始大力发展集中的光热式电站，能量先从光能转化为热能，再转化为电能，发电输出稳定，与常规煤电电站并入电网的方式相同。目前，光热电站主要塔式、槽式和菲涅尔式三种，其中位于塔式光热电站中央的吸热塔常采用混凝土结构，其高宽比大、频率低，对风荷载非常敏感，需进行详细的气弹模型风洞试验对其进行研究。

传统的悬臂结构(如高层建筑、烟囱等)风洞试验气弹模型的刚度调节常采用底部的水平弹簧实现，而结构模型本身为刚性模型，结构阻尼通过底部的阻尼板伸入油箱的长度来调节。这类模型有以下缺点：(1)只能模拟结构的一阶模态；(2)难以方便调节模型的结构阻尼比。由于光热电站吸热塔的高宽比大，频率低，风荷载作用下高阶模态对结构响应有重要贡献，不能仅考虑一阶模态响应。另外，该类结构的涡激共振风速一般会远低于设计风速，涡振响应对阻尼比非常敏感，因此，在气弹模型上需能够方便、精确地调节阻尼比，以便研究阻尼比对结构响应的影响。

技术实现要素：

本发明目的在于：为了克服传统悬臂结构风洞试验气弹模型所存在的缺陷，提供一种用于混凝土吸热塔风洞试验的气弹模型，该气弹模型可精确模拟吸热塔的至少前三阶模态，并方便精确调节模型阻尼比。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种用于混凝土吸热塔风洞试验的气弹模型，包括用于在试验时固定气弹模型的底板，所述底板上竖直设有芯梁，所述芯梁由下至上设有若干个圆盘，所述芯梁外围由下至上还设有若干个外衣，所述外衣套在圆盘外壁且与圆盘可拆卸连接，在相邻的两个外衣之间留有间隔缝，所述间隔缝上覆盖有粘贴在相邻两个外衣上的胶带。

本发明通过设置底板用于与风洞底板或是天平顶部连接，外衣用于模拟结构外形，圆盘用于连接芯梁和外衣，芯梁模拟混凝土吸热塔结构的弯曲刚度，并根据实际结构的质量分布沿高度对圆盘及外衣进行配重，确保了气弹模型刚度和质量的精确分布，可模拟至少前三阶模态，模型内部连接点少，初始的结构阻尼比低，并可通过在相邻外衣之间粘贴不同类型胶带来精确调节模型结构阻尼比，解决了传统气弹模型的缺点。

作为本发明的优选方案，所述底板、芯梁和圆盘为一体成型，可以减少模型内部连接点，从而确保模型的低阻尼比。

作为本发明的优选方案，所述芯梁的截面大小随高度变化，以反映实际结构刚度随高度的变化。

作为本发明的优选方案，所述圆盘的厚度随模型配重量而变化，从而可根据结构实际质量情况对模型质量分布进行调节。

作为本发明的优选方案，所述外衣的厚度随模型配重量而变化，既可以模拟结构外形，又可根据结构实际质量情况对模型质量分布进行调节。

作为本发明的优选方案，所述外衣采用实心材料一次机加工成型，便于控制各段外衣随混凝土吸热塔外径随高度的变化情况。

作为本发明的优选方案，所述外衣与所述圆盘采用螺栓连接，方便试验模型组装连接及拆卸。

作为本发明的优选方案，所述间隔缝的宽度为1～2mm。

作为本发明的优选方案，所述底板、芯梁、圆盘和外衣为铝合金材料。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1、本发明通过设置底板用于与风洞底板或是天平顶部连接，外衣用于模拟结构外形，圆盘用于连接芯梁和外衣，芯梁模拟混凝土吸热塔结构的弯曲刚度，并根据实际结构的质量分布沿高度对圆盘及外衣进行配重，确保了气弹模型刚度和质量的精确分布，可模拟至少前三阶模态，模型内部连接点少，初始的结构阻尼比低，并可通过在相邻外衣之间粘贴不同类型胶带来精确调节模型结构阻尼比，解决了传统气弹模型的缺点；

2、本发明通过使底板、芯梁和圆盘为一体成型，可以减少模型内部连接点，从而确保模型的低阻尼比；

3、本发明通过使芯梁的截面大小随高度变化，从而反映实际结构刚度随高度的变化；

4、本发明通过使圆盘及外衣的厚度随模型配重量而变化，从而可根据结构实际质量情况对模型质量分布进行调节。

附图说明

图1为本发明中的用于混凝土吸热塔风洞试验的气弹模型示意图。

图中标记：1-底板；2-芯梁；3-圆盘；4-外衣；5-螺丝。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作详细的说明。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例

本实施例提供一种用于混凝土吸热塔风洞试验的气弹模型；

如图1所示，本实施例中的用于混凝土吸热塔风洞试验的气弹模型，包括用于在试验时固定气弹模型的底板1，所述底板1上竖直设有芯梁2，所述芯梁2由下至上设有若干个圆盘3，所述芯梁2外围由下至上还设有若干个外衣4，所述外衣4套在圆盘3外壁且与圆盘3可拆卸连接，在相邻的两个外衣4之间留有间隔缝，所述间隔缝上覆盖有粘贴在相邻两个外衣上的胶带。

本发明通过设置底板用于与风洞底板或是天平顶部连接，外衣用于模拟结构外形，圆盘用于连接芯梁和外衣，芯梁模拟混凝土吸热塔结构的弯曲刚度，并根据实际结构的质量分布沿高度对圆盘及外衣进行配重，确保了气弹模型刚度和质量的精确分布，可模拟至少前三阶模态，模型内部连接点少，初始的结构阻尼比低，并可通过在相邻外衣之间粘贴不同类型胶带来精确调节模型结构阻尼比，解决了传统气弹模型的缺点。

本实施例中，为减少模型内部连接点，确保模型的低阻尼比，所述底板1、芯梁2和圆盘3宜采用机加工一次加工成型。

本实施例中，所述底板1用于与风洞底板或是天平顶部连接，厚度1-2cm，若与天平顶部连接，底板的竖向螺孔应与天平顶部螺孔一一对应。

本实施例中，所述芯梁2用于模拟结构的弯曲刚度，其截面大小可随高度变化，以反映实际结构刚度随高度的变化。

本实施例中，所述圆盘3与芯梁2连接，用于连接芯梁和外衣，圆盘质量计入模型配重，其厚度可根据配重量和加工难度调节，从而可根据结构实际质量情况对模型质量分布进行调节。

本实施例中，所述外衣4用于模拟结构外形，其质量计入模型配重，厚度可根据配重量、加工难度等进行调节，既可以模拟结构外形，又可根据结构实际质量情况对模型质量分布进行调节。相邻外衣之间的间隔缝，可以避免整体外衣对芯梁弯曲刚度的影响，并且模型结构阻尼比可在相邻外衣之间粘贴不同类型胶带(附图中未示出)进行调节。

本实施例中，外衣分段要充分考虑混凝土吸热塔外径随高度的变化情况，每段外衣宜采用实心材料一次机加工成型。外衣内径稍大于圆盘外径，以便于模型拼装。在拼装时将各段外衣依次从芯梁顶部套入，从芯梁下部向上部依次拼装各段外衣。

本实施例中，所述外衣4与所述圆盘3采用螺栓连接，方便试验模型组装连接及拆卸。每个外衣与两个圆盘相连，具体是在圆盘的外壁设置有螺纹孔，并在外衣对应位置打孔，采用螺丝5将外衣4固定在圆盘3上。

本实施例中，所述间隔缝的宽度为1～2mm。

本实施例中，所述底板1、芯梁2、圆盘3和外衣4为铝合金材料。

本实施例中，所述气弹模型设计时需精确模拟strouhal数(斯特劳哈尔数)、cauchy数(柯西数)、阻尼比、质量比等参数，尽量模拟reynolds数(雷诺数)，不模拟froude数(弗劳德数)。reynolds数大致模拟通过改变模型表面粗糙度进行。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的原理之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。