过程设备设计 7.6塔设备的振动 教学重点: 风的诱导振动。 教学难点: 风的诱导振动。 3
过程设备设计 教学重点: 风的诱导振动。 7.6 塔设备的振动 3 教学难点: 风的诱导振动
过程设备设计 7.6塔设备的振动 安装于室外的塔设备,在风力的作用下,产生两个 方向的振动。 (1)顺风向的振动,即振动方向沿着风的方向; (2)横向振动,即振动方向沿着风的垂直方向, 又称横向振动或风的诱导振动。 它对塔设备的破坏性大,所以本 章主要讨论风的诱导振动
过程设备设计 7.6 塔设备的振动 安装于室外的塔设备,在风力的作用下 ,在风力的作用下,产生两个 方向的振动。 (1)顺风向的振动,即振动方向沿着风的方向 ,即振动方向沿着风的方向; (2)横向振动,即振动方向沿着风的垂直方向 ,即振动方向沿着风的垂直方向, 4 又称横向振动或风的诱导振动。 它对塔设备的破坏性大,所以本 章主要讨论风的诱导振动
7.6塔设备的振动 7.6.1风的诱导振动 过程设备设计 一、 诱导振动的流体力学原理 风以一定的 速度绕流圆 柱形塔设备, 塔设备周围 的风速是变 化的 图7-82 塔周围的风速 5
B C 7.6 塔设备的振动 过程设备设计 7.6.1 风的诱导振动 一、诱导振动的流体力学原理 诱导振动的流体力学原理 风以一定的 速度绕流圆 柱形塔设备, 塔设备周围 5 A B D C 塔设备周围 的风速是变 化的 图7-82 塔周围的风速
7.6塔设备的振动 过程设备设计 塔设备周围的风压变 化,正好与风速相反。 风速: 风压: 迎风侧A点风速为0, A点处风压最高, 由A到B点,风速 由A向B点,风压y B点到D点,风速y B点向D点,风压 6
7.6 塔设备的振动 过程设备设计 风速: 风压: 塔设备周围的风压变 化,正好与风速相反 正好与风速相反。 A B D C 6 迎风侧A点风速为0, 由A 到B点,风速 B点到D点,风速 A点处风压最高, 由A向B点,风压 B点向D点,风压
7.6塔设备的振动 过程设备设计 由于塔的表面存在边界层,层内各点的速度从壁面为零沿径 向逐渐增大,直到与边界层外的主流体的速度相同。 塔的前半周(从A点到B点) 尽管由于边界层内的粘性摩擦力使层内流速不断下降, 但由于边界层外的主流体其流速是逐步增加的,所以边 界层内的流体能从主流体获得能量而使速度不下降。 7
7.6 塔设备的振动 过程设备设计 由于塔的表面存在边界层,层内各点的速度从壁面为零沿径 ,层内各点的速度从壁面为零沿径 向逐渐增大,直到与边界层外的主流体的速度相同 ,直到与边界层外的主流体的速度相同。 塔的前半周(从A点到B点)—— 7 尽管由于边界层内的粘性摩擦力使层内流速不断下降, 但由于边界层外的主流体其流速是逐步增加的,所以边 界层内的流体能从主流体获得能量而使速度不下降
7.6塔设备的振动 过程设备设计 塔后半周(从B到D点) 由于主流体本身不断减速,使边界层内流体不能从 主流体获得补充能量,因粘性摩擦力使其速度逐步 减小,结果导致边界层不断增厚,在C点处出现边 界层流体增厚并堆积,见图7-83(a)。 8
7.6 塔设备的振动 过程设备设计 塔后半周(从B到D点)—— 由于主流体本身不断减速,使边界层内流体不能从 ,使边界层内流体不能从 主流体获得补充能量,因粘性摩擦力使其速度逐步 ,因粘性摩擦力使其速度逐步 减小,结果导致边界层不断增厚,在C 点处出现边 8 减小,结果导致边界层不断增厚,在C 点处出现边 界层流体增厚并堆积,见图7-83(a)
7.6塔设备的振动 过程设备设计 (a)边界层的堆积 图7-83边界层的堆积及旋涡的形成
7.6 塔设备的振动 过程设备设计 (a)边界层的堆积 9 图7-83 边界层的堆积及旋涡的形成
7.6塔设备的振动 过程设备设计 卡曼旋涡(Karman Vertex) 外层主流体绕过堆积的边界层,使堆积边界层背后形 成一流体的空白区。 在逆向压强梯度作用下,流体倒流至空白区,并推开 堆积层的流体,在塔体背后产生旋涡,见图7-83b)。 (b)旋涡的形成 图7-83边界层的堆积 及旋涡的形成 10
7.6 塔设备的振动 过程设备设计 卡曼旋涡(Karman Vertex)—— 外层主流体绕过堆积的边界层,使堆积边界层背后形 ,使堆积边界层背后形 成一流体的空白区。 在逆向压强梯度作用下,流体倒流至空白区 ,流体倒流至空白区,并推开 堆积层的流体,在塔体背后产生旋涡,见图7-83(b)。 10 堆积层的流体,在塔体背后产生旋涡,见图7-83(b)。 图7-83 边界层的堆积 及旋涡的形成 (b)旋涡的形成
7.6塔设备的振动 过程设备设计 旋涡特性与雷诺数的关系一 ☐Re<5一塔体后部流线是封闭形的,且塔体上、下游 的流线是对称的,边界层未发现分离现象; ☐5≤Re<40—塔体背后出现一对稳定的旋涡; 40≤Re<150—塔体背后一侧先形成一个旋涡,在它 从塔体表面脱落而向下游移动时,塔体背后另 一侧的对称位置处形成一个旋转方向相反的旋 涡。在这个旋涡脱落时,在原先的一侧又形成 一个新的旋涡,这些旋涡在尾流中有规律地交 错排列成两行,见图7-84。 此现象工程上称为卡曼涡街Karman Street) 11
7.6 塔设备的振动 过程设备设计 旋涡特性与雷诺数的关系— Re<5—— 塔体后部流线是封闭形的,且塔体上、下游 的流线是对称的,边界层未发现分离现象 ,边界层未发现分离现象; 5≤Re<40 ——塔体背后出现一对稳定的旋涡; 40≤Re<150 ——塔体背后一侧先形成一个旋涡,在它 11 从塔体表面脱落而向下游移动时,塔体背后另 一侧的对称位置处形成一个旋转方向相反的旋 涡。在这个旋涡脱落时 在这个旋涡脱落时,在原先的一侧又形成 ,在原先的一侧又形成 一个新的旋涡,这些旋涡在尾流中有规律地交 ,这些旋涡在尾流中有规律地交 错排列成两行,见图7-84。 此现象工程上称为卡曼涡街(Karman Street)
7.6塔设备的振动 过程设备设计 300≤R3.5×106—卡曼涡街又重新出现,称超临界区。 12
7.6 塔设备的振动 过程设备设计 300≤Re<3×105——旋涡以一确定的频率周期性地 脱落,该范围称为亚临界区。 3×105≤Re<3.5×106——尾流变窄,无规律且都变 ,无规律且都变 成紊流,无涡街出现。称为过渡期。 12 成紊流,无涡街出现。称为过渡期。 Re>3.5×106——卡曼涡街又重新出现,称超临界区