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。

In the boundary layer wind tunnel, the ground surface roughness is determined, and the dynamic pressure on the surface of the wind pressure model is measured by a multi-point wind pressure measuring device. The results show that the wind pressure distribution characteristics of each layer, the wind pressure distribution density of each point, the wind direction distribution of each layer, the wind direction component and the wind orthogonal direction component, the correlation between the wind direction component and the wind direction are discussed. Wind orthogonal to the direction of the stratified wind density is not visible, periodic vortex generation is known The wind component of the wind direction layer is different from that of the wind direction layer. Vortex excitation prediction is important for the correlation length of wind in the orthogonal direction, the number of vortex emission cycles, and the amplitude of vortex excitation. The average number of vortex emission cycles St=0.136 corresponds to the number of vortex emission cycles. Vortex emission is generated in the middle of the boundary layer, and the number of emission cycles is distributed in the boundary layer. The velocity distribution of the boundary layer increases, and the wind speed of the orthogonal layer increases. The amplitude of the turbulence is determined by the vertical velocity of the turbulence. Wind tunnel usage status, research sequence, final implementation, dynamic wind force, boundary layer wind tunnel dynamic wind force measurement model setup, dynamic wind force measurement process, high frequency wind force balance, high frequency wind force measurement process, high frequency The results of the wind pressure model were compared with those of the model. In general, numerical fluid analysis is used to solve unsteady three-dimensional numerical fluid problems. The wind pressure on the surface of the pipe is analyzed. On the back side of the tube, the dynamic pressure (rms) is large. The number of analysis results is the average wind pressure coefficient, the wind above is the value of the comparison, the wind below is the good value of the comparison. For example,k-ω is used in numerical analysis of standard pairs. For example, the separation of flow and vortex generation at the bottom of the elevated tank, the separation of flow and vortex emission at the top of the tank, the distribution of wind pressure at each height, the separation of flow and vortex emission at the bottom of the tank, the separation of flow and vortex emission at the top of the tank, the separation of flow and vortex emission at the bottom of the tank, the separation of flow and vortex emission at the top of the tank, the separation of flow and vortex emission at the top of the tank. The first time I saw him, I saw him.

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

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

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