強風時に給水塔形状塔状構造物に生じる渦励起振動に関する実験的研究

强风作用下水塔形结构涡激振动试验研究

• 批准号: 05F05365
• 负责人: 田村 幸雄
• 金额: $ 1.54万
• 依托单位: Tokyo Polytechnic University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2005
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2005 至 2007
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-05F05365/
• 关键词: 給水塔; 風圧力; 風直交方向; 風洞実験; 渦励振; パワースペクトル; 固有値解析; 減衰定数; 表面粗度要素; レイノルズ数

境界層風洞内に開けた田園地帯を想定した地表面粗度区分での気流を作成し,同時多点風圧計測装置により,風圧模型表面の変動圧力を計測した。実験結果は,各高さ毎の風圧分布性状,各点の風圧力のパワースペクトル密度,層風力の高さ方向分布,層風力の風方向成分および風直交方向成分のパワースペクトル密度,各風層力成分の高さ方向の相関などの形で整理,検討された。風直交方向成分層風力のパワースペクトル密度には顕著なピークが見られ,周期的な渦発生が知られた。コニカル部分の風方向層風力成分にも,風直交方向成分と同じ周波数にピークが見られた。渦励振の予測に重要な風直交方向層風力の相関長,渦放出周波数,ストローハルピークのバンド幅等も検討された。乱れの強さが増加するにつれて相関長が大きくなること,レイノルズ数に関係なく,平均的な渦放出周波数はストローハル数St=0.136に相当する周波数であることなどが分かった。渦放出は重なり合うセルの中で発生しており,境界層内では,異なる放出周波数のセルが重なる領域では,ある周波数範囲内に渦放出周波数が分布している。境界層の速度勾配が増加すると,風直交方向層風力スペクトルピークのバンド幅が増加することも分かった。このスペクトルピークのバンド幅は,気流の乱れの強さと風速の鉛直プロファイルに大きく影響されることなどが判明した。風洞の使用状況などから,研究の順番としては最後に実施することとなったが,変動風力に関しても同様に,境界層風洞内に変動風力測定用の模型を設置して,変動風力の計測を行い,高周波風力天秤により,コニカル状タンクを持つ高架水槽模型全体の風方向風力,風直交方向風力,捩りモーメントなどを計測し,風圧模型による結果との対応を調べている。また,汎用数値流体解析ソフトにより,乱流モデルとしてSST k-ωモデルを用いた非定常3次元数値流体解析を行った。コニカル状タンク表面の風圧力,コニカル状タンク周りの流れなどが解析された。コニカル状タンク部分の背面において,大きな変動風圧(rms)が見られた。数値解析によって得られた平均風圧係数は,風上面では実験値と比較的よく合っているが,風下面ではあまり良い一致が見られなかった。また,k-ωモデルと標準対数則を用いた数値解析により,コニカル状タンクを持つ高架水槽周りの複雑な流れの様子をシミュレートし,流れの剥離と側面からの渦生成システムや渦放出の様子,タンク頂部からの流れの剥離の様子などが再現されたが,各高さでの風圧分布などに関してはグリッドの粗さの問題などもあり,実験値との十分な一致を得るには至らなかった。

气流是在地面粗糙度类别中创建的，该类别假定在边界层风洞中开放，并使用同时的多点风压力测量设备测量风压模型表面上的波动压力。组织了实验结果，并以每个高度的风压分布特性形式进行了检查，每个点处风力的功率谱密度，层风力的高度方向分布，风向成分的功率频谱密度和风力的风向正交成分以及每个风层力量组件的高度方向上的相关性。在正交方向组件层中，风能的功率谱密度具有明显的峰值，并且已知周期性的涡流产生。圆锥部分的风能组件还显示出与风向正交分量相同的频率。还研究了风力的相关长度，涡流发射频率和Strohal峰的带宽，这对于预测涡流激发很重要。发现相关长度随着干扰强度的增加而增加，而平均涡流发射频率是频率等于strohal数量s st = 0.136，无论雷诺数的数字如何。涡流发射发生在重叠的单元中，在边界层中，涡流发射频率分布在具有不同发射频率的细胞重叠的区域的一定频率范围内。还发现，增加边界层的速度梯度在风的正交方向上增加了风能频谱峰的带宽。已经发现，该光谱峰的带宽受到空气电流湍流的强度和风速的垂直轮廓的极大影响。根据风洞的使用，最后进行了研究，但以相同的方式，在边界层风洞中安装了可变风力的模型，以测量可变的风力，并使用高频风平衡来测量风力，风向风向，风向正交风向风力方向和与整个高架型号的模型一起，并与CONSITAL模型相应地，并调查了CONTILS模型。此外，使用SST K-ω模型作为使用通用计算流体分析软件作为湍流模型进行了不稳定的三维计算流体分析。分析了锥形储罐表面的风压和圆锥储罐周围的流动压力。在锥形罐的背面观察到风压（RMS）的大波动。通过数值分析获得的平均风压系数与在上风表面上的实验值相对匹配，但在下风表面并不是很好的一致性。此外，使用K-ω模型和标准日志定律的数值分析模拟了带有锥形罐高架水族馆周围的复杂流，并从侧面，涡流释放，涡流释放以及与水箱顶部等的流动分离等复制了流量分离和涡流的生成系统，但是由于无法在每个高度的情况下，因此无法在每个高度上分布的问题，因此无法在每个高度上分布，因此可以获得一致，因此可以获得一项可获得的一致性。

项目成果

CFD prediction of wind pressures on conical tank.

锥形水箱风压的 CFD 预测。

• 发表时间: 2007
• 作者: Jinlou Gu;Wei Fan;Atsushi Shimojima and Tatsuya Okubo;Parammasivam K. M;M. Jayakumar;T. A. Sundaravadivel
• 通讯作者: T. A. Sundaravadivel

Numerical simulation of turbulent flow past a conical water tank structure.

通过锥形水箱结构的湍流的数值模拟。

• 发表时间: 2007
• 作者: Jinlou Gu;Wei Fan;Atsushi Shimojima and Tatsuya Okubo;Parammasivam K. M;M. Jayakumar
• 通讯作者: M. Jayakumar

Aerodynamic characteristics of a conical water tank.

锥形水箱的空气动力特性。

• 发表时间: 2007
• 作者: Jinlou Gu;Wei Fan;Atsushi Shimojima and Tatsuya Okubo;Parammasivam K. M
• 通讯作者: Parammasivam K. M