缠绕螺旋线拉索气动参数研究

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近些年来,工程实践中已经采取了多种措施来解决拉索的风雨激振问题,并收到了良好的效果。在拉索表面缠绕螺旋线就是其中一种很有效的方法。大量研究和实践证明了螺旋线对拉索减振的有效性,但这种减振措施仍然存在许多不明确的地方,有待进一步研究,比如缠绕螺旋线是否会增大拉索的阻力系数,缠绕螺旋线拉索的旋涡脱落频率及其轴向相关性,气动力的相关性等。本文通过风洞试验和CFD数值模拟两种方法研究了缠绕螺旋线拉索的各种气动参数,包括气动力系数、旋涡脱落频率、尾流相关性等。首先,设计和制作了用于测压测力试验的10种拉索模型,并对各种模型进行了5个风速下的风洞试验,雷诺数范围为4×10~4~1.6×10~5。然后,在风洞试验数据的基础上,研究了5种雷诺数下光圆拉索和缠绕螺旋线拉索平均压力系数的轴向分布、气动力系数、涡脱频率以及压力的轴向相关性。最后,运用Ansys13.0中的Fluent模块对各种拉索模型进行了CFD数值模拟,对试验做了较好的补充,并将部分计算结果或结论同试验和文献的结果或结论进行比较,共同探讨和研究螺旋线对拉索的减振机理和效果。试验和计算结果表明:雷诺数在4×10~4~1.6×10~5范围以内,光圆拉索的平均阻力系数要大于螺旋线拉索的值;光圆拉索的尾流风速相关性、压力相关性及气动力相关性均要好于螺旋线拉索;螺旋线对抑制拉索的漩涡脱落和拉索振动具有较好的效果。通过结合试验和数值模拟两种研究手段,从而更好地认识光圆拉索和缠绕螺旋线拉索的特性和差异,更清楚的认识螺旋线对拉索的减振机理和有效性,以及更好的评价不同参数的螺旋线对拉索振动的抑制效果。
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