Vliv drsnosti pláště betonových chladicích věží na jejich aerodynamické chování

Abstract

Metody výpočetní mechaniky tekutin a plynů zažívají v posledních letech nebývalý rozmach. Využívají se zejména pro zjišťování aerodynamických vlastností konstrukcí a jejich interakce se vzdušným proudem. Díky poměrně složitým výpočetním modelům je možné přesně zjistit zatížení v každém místě konstrukce. Práce shrnuje využití výpočetní mechaniky tekutin při zjišťování zatížení pláště chladící věže větrem. Důraz byl kladen na vliv drsnosti pláště při stanovení velikost zatížení větrem. Zdrsnění pláště chladící věže bylo provedeno pomocí meridionálních větrných žeber různého tvaru. Nejprve byl studován vliv četnosti a tvaru meridionálních větrných žeber na 2D modelech proudění kolem drsného válce. Posléze bylo přistoupeno k náročným 3D modelům proudění se zohledněním vnitřní technologie a toku uvnitř chladící věže. Výsledky ukázaly velký vliv výšky samotných žeber a jejich četnost. Vypočtená data shrnují, že i když je úhel náběhu větrných žeber snížen, jejich účinnost se nemění. Nedílnou částí mé práce byla i optimalizace tvaru pláště chladící věže pomocí vytvořeného skriptu programovacího jazyka ANSYS Parametric Design Language. Tímto programem byl optimalizován tvar pláště jedné z největších chladících věží v polském Opole. Mimo numerické modelování, byly také vypočteny spotřeby betonářské výztuže a namáhání této věže s různými tvarovými součiniteli větru. Výsledky studie velkou měrou přispívají k pochopení složitého problému interakce konstrukce a vzdušného proudu s důrazem na trvanlivost konstrukce.

Methods of computational fluids mechanics have experienced an unprecedented boom in recent years. They are mainly used to determine the aerodynamic properties of structures and their interaction with the air stream. It is possible to accurately determine the wind load at any point in the structure, because of relatively complex computational models. The work summarizes the use of computational fluid mechanics in determining the wind load of the cooling tower. The effect of surface roughness in determining the magnitude of wind loads was emphasis placed on. Roughening of the cooling tower was performed using meridional wind ribs of various shapes. First of all, meridional wind ribs effect on 2D models of air flow around a rough cylinder was studied. Subsequently, demanding 3D flow models were approached. Moreover, the internal technology and flow inside the cooling tower was taken into consideration. The results showed a great influence of the height and frequency of the wind ribs. The calculated data summarize that even if the angle of attack of the wind ribs is reduced, their efficiency does not change. The last part of my work was the shape optimization of the cooling tower. The computational script has been created in the programming language ANSYS Parametric Design Language. This program optimized the shape of one of the largest cooling towers in Opole, Poland. Furthermore, concrete reinforcement and strain of studied cooling tower with different wind shape factor was calculated. The results of the study greatly contribute to the understanding of the complex problem such as construction and the air flow. Durability is one of important parameter in shape design of cooling tower.