CN106227951A - 适用于超规范特大型冷却塔的二维风振系数计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种适用于超规范特大型冷却塔的二维风振系数计算方法。所述适用于超规范特大型冷却塔的二维风振系数计算方法包括如下步骤：a、建立几何模型：基于冷却塔实际尺寸建立所述冷却塔的足尺几何模型及所处流场的计算域；b、网格划分：采用局部加密技术对所述计算域进行网格划分；c、数值模拟计算：选用湍流模型，设置边界条件，进行数值风洞模拟分析得到塔筒外表面风压时程；d、求解风振响应：建立所述冷却塔的有限元模型，并对其风振动力响应展开分析；e、计算风振系数：基于结构响应时程计算塔筒二维风振系数；f、分析拟合：基于非线性最小二乘法原理对塔筒风振系数进行拟合，最终给出二维风振系数拟合公式。

Description

适用于超规范特大型冷却塔的二维风振系数计算方法

技术领域

本发明属于冷却塔技术领域，具体地涉及一种适用于超规范特大型冷却塔的二维风振系数计算方法。

背景技术

随着我国火/核电产业的迅速发展，一系列超大型冷却塔陆续兴建，其风致振动的问题受到越来越多的关注。我国某在建200m高特大型冷却塔不仅高度突破了现行《火力发电厂水工设计规范》(DL/T5339-2006)塔高165m和《工业循环水冷却设计规范》(GB/T50102-2014)塔高190m的限值，而且相比常规高度冷却塔柔度更大、阻尼更小、自振频率极低且分布密集，结构风振放大效应更加显著，属于典型的风敏感结构。而现行规范缺少此类特大型冷却塔风振系数取值参数条款，且国内外也鲜有其设计风荷载的取值资料和研究成果供参考。

由于风荷载的考虑不周而出现的工程事故在国内外时有发生。因此，对于此类超规范特大型冷却塔，亟需根据结构的实际特点进行数值模拟风洞实验，并结合有限元方法提出一种准确有效的适用于超规范特大型冷却塔的二维风振系数计算方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种超规范特大型冷却塔的二维风振系数计算方法，该方法重点在于冷却塔在风荷载时程作用下的二维响应风振系数的分析计算和首次提出基于非线性最小二乘法原理的拟合公式。

本发明的技术方案如下：一种适用于超规范特大型冷却塔的二维风振系数计算方法包括如下步骤：

a、建立几何模型：基于冷却塔实际尺寸建立所述冷却塔的足尺几何模型及所处流场的计算域；

b、网格划分：采用局部加密技术对所述计算域进行网格划分；

c、数值模拟计算：选用湍流模型，设置边界条件，进行数值风洞模拟分析得到塔筒外表面风压时程；

d、求解风振响应：建立所述冷却塔的有限元模型，并对其风振动力响应展开分析；

e、计算风振系数：基于结构响应时程计算塔筒二维风振系数；

f、分析拟合：基于非线性最小二乘法原理对塔筒风振系数进行拟合，最终给出二维风振系数拟合公式。

优选地，在步骤a中，进行所述冷却塔的足尺建模，并基于尾流发展和阻塞率的要求而建立足够尺寸的流场计算域。

优选地，在步骤b中，采用局部加密技术对计算域进行网格划分，具有规整形状的外围区域采用结构化网格进行划分，内含冷却塔模型的局部加密区域采用非结构化网格进行划分。

优选地，当外围区域采用结构化网格进行划分时，网格区域内所有的内部点都具有相同的毗邻单元，即每个点都具有相同数目的邻点，生成四边形或六面体网格；局部非结构化网格是指网格区域内所有的内部点都不具有相同的毗邻单元，生成不规则连接的三角形或四边形网格。

优选地，在步骤c中，通过模拟非稳态边界层湍流风场，采用大涡模拟方法获得冷却塔表面的风荷载时程和周围流场分布，即采用大涡模拟方法来求解不可压缩粘性流体N-S方程，且所述大涡模拟方法采用滤波函数，将流场中的涡分为大尺度涡和小尺度涡，对所述大尺度涡进行直接求解，而所述小尺度涡则采用亚格子模型进行模拟。

优选地，在步骤c中，设置的边界条件具体为：

利用风场模型的入口给定速度设置边界条件，并将入口处速度剖面和湍流度采用指数率形式，则沿高度方向变化的数学表达式如下式所示：

$U_z=U_0{\left(\frac{Z}{Z_0}\right)}^{\mathrm{\α}},$

$I_z\left(z\right)=I_{10}\stackrel{\‾}{I_z}\left(z\right),$

$\stackrel{\‾}{I_z}\left(z\right)={\left(\frac{z}{10}\right)}^{-\mathrm{\α}},$

式中α为地面粗糙度系数，U₀为该地空旷地区z₀＝10m高度处50或100年重现期10min最大平均风速，Z为计算高度距地面的距离，U_z是对应高度Z的风速，I_z是对应高度Z的名义湍流度，I₁₀为10m高名义湍流度，对应A、B、C、D四类地面粗糙度。

优选地，风荷载压力系数的计算公式如下所示：

C_pi＝(P_i-P_H)/0.5ρV_H ²

式中：C_pi为i点的平均风压系数，P_i为测点平均压力，单位(Pa)，P_H为参考高度处远前方的静压，单位(Pa)，ρ为空气密度，V_H为参考高度处远前方的平均风速；

压力系数与体型系数的转换：

${\mathrm{\μ}}_{si}=\frac{C_{pi}}{{\mathrm{\μ}}_{zi}}{\mathrm{\μ}}_{zr}=C_{pi}{\left\{\frac{Z_r}{Z_i}\right\}}^{2\mathrm{\α}}$

式中：C_pi为i点的平均风压系数，μ_zi、μ_zr为分别为i点和参考高度处的风压高度变化系数，Z_i为节点i离地面的距离，Z_r为参考高度，α为地面粗糙度指数。

优选地，所述步骤d中，建立冷却塔结构的有限元模型，加载数值模拟计算得到的冷却塔表面风压时程，时程分析完成后，进行相应的时程响应提取。

优选地，在步骤e中，所述风振系数是响应风振系数，且所述响应风振系数的定义为

${\mathrm{\β}}_{Ri}=\frac{R_i}{R_{ei}}=1+\frac{{\mathrm{gR}}_{fi}}{R_{ei}}$

式中：β_Ri表示结点i的响应风振系数，R_i、R_ei、R_fi分别为结点i的总响应、平均响应和脉动响应，g为节点i的峰值因子。

优选地，在步骤f中，基于非线性最小二乘法原理，并以子午向高度和环向角度为目标函数，拟合给出型冷却塔的二维风振系数计算公式。

本发明的有益效果在于：所述适用于超规范特大型冷却塔的二维风振系数计算方法以数值模拟结果为基础，通过有限元仿真实现冷却塔结构风振动力响应的分析计算，并拟合给出沿环向和子午向的二维风振系数计算公式，因此可以为此类超规范高度限值的特大型冷却塔结构的抗风设计提供了科学、详实的依据，对其工程安全性和施工造价具有决定性的意义。

附图说明

图1是本发明实施例提供的适用于超规范特大型冷却塔的二维风振系数计算方法的流程框图；

图2是图1所示的适用于超规范特大型冷却塔的二维风振系数计算方法的技术路线图；

图3为本发明的实测大气边界层指数风速剖面和湍流度剖面的曲线图；

图4为将本发明模拟的脉动风谱进行拟合，并和Davenport谱及Karman谱的对比示意图；

图5为本发明模拟冷却塔塔筒的空间壳单元的几何形状、节点位置、坐标系及内力输出示意图；

图6为本发明的基于非线性最小二乘法原理提出的冷却塔二维风振系数分布及拟合曲面对比图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

除非上下文另有特定清楚的描述，本发明中的元件和组件，数量既可以单个的形式存在，也可以多个的形式存在，本发明并不对此进行限定。本发明中的步骤虽然用标号进行了排列，但并不用于限定步骤的先后次序，除非明确说明了步骤的次序或者某步骤的执行需要其他步骤作为基础，否则步骤的相对次序是可以调整的。可以理解，本文中所使用的术语“和/或”涉及且涵盖相关联的所列项目中的一者或一者以上的任何和所有可能的组合。

请同时参阅图1和图2，图1是本发明实施例提供的适用于超规范特大型冷却塔的二维风振系数计算方法的流程框图；图2是图1所示的适用于超规范特大型冷却塔的二维风振系数计算方法的技术路线图。本发明实施例提供的适用于超规范特大型冷却塔的二维风振系数计算方法100具体包括如下步骤：

S1、建立几何模型：基于冷却塔实际尺寸建立所述冷却塔的足尺几何模型及所处流场的计算域。

具体地，在步骤S1中为保证雷诺数相似，模拟采用的冷却塔模型按照实际尺寸建立，且基于尾流发展和阻塞率的要求而建立足够尺寸的流场计算域。

例如，计算模型中，塔高H＝200m，塔底部直径D＝145.5m，按30％透风率考虑百叶窗开启效应。而且，流体计算域为一长方体，计算域(即数值风洞)尺寸取长(X)×宽(Y)×高(Z)＝4400m×2800m×800m(本发明取风洞的高度Z＝4×H，风洞宽度Y＝15×D，风洞长度X＝24×D，X为顺风向，Y为横风向，Z为高度方向)，堵塞度为1.26％(小于5％)，计算模型中心距离计算域入口为7D，为了使流动得到充分的发展，出口位置距离模型17D。

S2、网格划分：采用局部加密技术对所述计算域进行网格划分。

具体地，在步骤S2中，对于超大型双曲冷却塔这样的圆形钝体结构，边界层的模拟非常重要，为了更好地兼顾计算效率与精度，将计算域划分为局部加密区域及外围区域。外围区域形状规整，可用高质量的结构化网格进行划分；局部加密区域包含冷却塔模型，采用非结构化网格进行划分。

而且，当外围区域采用结构化网格进行划分时，网格区域内所有的内部点都具有相同的毗邻单元，即每个点都具有相同数目的邻点，生成高质量、数据结构简单的四边形或六面体网格；局部非结构化网格是指网格区域内所有的内部点都不具有相同的毗邻单元，生成不规则连接的三角形或四边形网格。

例如，核心区最小网格尺寸为0.2m，总网格数量约1800万，网格质量大于0.4(建议大于0.1以上，避免出现负体积)，网格数目及质量均满足计算要求。

S3、数值模拟计算：选用湍流模型，设置边界条件，进行数值风洞模拟分析得到塔筒外表面风压时程。

具体地，在步骤S3中，在湍流模型的选取过程中，通过模拟非稳态边界层湍流风场，并采用大涡模拟方法获得冷却塔表面的风荷载时程和周围流场分布。即采用所述大涡模拟方法来求解不可压缩粘性流体N-S方程，且所述大涡模拟法采用滤波函数，将流场中的涡分为大尺度涡和小尺度涡，对所述大尺度涡进行直接求解，而所述小尺度涡则采用亚格子模型进行模拟。需要说明的是，所述大尺度涡受流场影响较大，而所述小尺度涡则可以认为是各向同性的。而且，所述大尺度涡和所述小尺度涡是通过设定滤波函数将大尺度的涡和小尺度的涡分离开而得到的。

在本实施例中，基于大涡模拟的数值计算可以很好的模拟流场及风荷载的动力特性和时间历程变化。采用大涡模拟方法获得冷却塔表面的风荷载时程和周围流场分布所遵循的基本守恒定律包括：质量守恒定律、动量守恒定律、能量守恒定律。

所述质量守恒定律的质量守恒方程为：

$\frac{\∂u}{\∂x}+\frac{\∂\mathrm{\υ}}{\∂y}+\frac{\∂\mathrm{\ω}}{\∂y}=0$

式中：ρ为密度，t为时间，u、ν、ω为速度。

所述动量守恒定律的动量守恒方程为：

$\frac{\∂\mathrm{\ρ}u}{\∂t}+div\left(\mathrm{\ρ}uu\right)=\frac{\∂\mathrm{\ρ}}{\∂x}+\frac{\∂{\mathrm{\τ}}_{xx}}{\∂x}+\frac{\∂{\mathrm{\τ}}_{yx}}{\∂y}+\frac{\∂{\mathrm{\τ}}_{zx}}{\∂z}+F_x$

$\frac{\∂\mathrm{\ρ}\mathrm{\υ}}{\∂t}+div\left(\mathrm{\ρ}\mathrm{\υ}u\right)=\frac{\∂\mathrm{\ρ}}{\∂y}+\frac{\∂{\mathrm{\τ}}_{xy}}{\∂x}+\frac{\∂{\mathrm{\τ}}_{yy}}{\∂y}+\frac{\∂{\mathrm{\τ}}_{yz}}{\∂z}+F_y$

$\frac{\∂\mathrm{\ρ}\mathrm{\ω}}{\∂t}+div\left(\mathrm{\ρ}\mathrm{\ω}u\right)=\frac{\∂\mathrm{\ρ}}{\∂z}+\frac{\∂{\mathrm{\τ}}_{xz}}{\∂x}+\frac{\∂{\mathrm{\τ}}_{yz}}{\∂y}+\frac{\∂{\mathrm{\τ}}_{zz}}{\∂z}+F_z$

式中：ρ为流体微元体上的压力；τ_xx、τ_xy和τ_xz等为因分子粘性作用而产生的作用在微元体表面上的粘性应力τ的分量；F_x、F_y和F_z为微元体上的体积力。

所述能量守恒定律的能量守恒方程为：

$\frac{\∂\left(\mathrm{\ρ}T\right)}{\∂t}+div\left(\mathrm{\ρ}uT\right)=div\[\frac{k}{c_p}\·gradT\]+S_T$

式中：c_p为比热容，T为热力学温度，k为流体的传热系数，S_T为流体的内热源及由于黏性作用流体机械能转换为热能的部分。

而且，在所述步骤S3中，设置的边界条件具体为：

利用风场模型的入口给定速度设置边界条件，入口处速度剖面和湍流度采用指数率形式，则沿高度方向变化的数学表达式如下式所示：

$U_z=U_0{\left(\frac{Z}{Z_0}\right)}^{\mathrm{\α}},$

$I_z\left(z\right)=I_{10}\stackrel{\‾}{I_z}\left(z\right),$

$\stackrel{\‾}{I_z}\left(z\right)={\left(\frac{z}{10}\right)}^{-\mathrm{\α}},$

式中α为地面粗糙度系数，U₀为该地空旷地区z₀＝10m高度处50或100年重现期10min最大平均风速，Z为计算高度距地面的距离，U_z是对应高度Z的风速，I_z是对应高度Z的名义湍流度，I₁₀为10m高名义湍流度，对应A、B、C、D四类地面粗糙度，可分别取0.12、0.14、0.23和0.39。图3给出了实测的大气边界层指数风速剖面和湍流度剖面，将模拟的脉动风谱进行拟合，并和Davenport谱及Karman谱进行比较，可认为该风场模拟的脉动风谱满足工程要求，如图4所示。

具体地，入口边界条件为速度入口(Velocity-Inlet)，出口采用压力出口边界条件(Pressure-Outlet)，相对压力选为零，计算域顶部和侧面采用等效于自由滑移壁面的对称边界条件(Symmetry)，地面以及建筑物表面采用无滑移壁面边界条件(Wall)。

在本实施例中，空气风场选用不可压缩流场，亚格子模型采用DynamicSmagorinsky-Lilly模型，该模型利用Germano恒等式，允许亚格子涡粘模型中的系数随时间和空间变化，能够给出壁面上正确的流速渐近关系，适用于有壁面存在的建筑绕流场。同时采用SIMPLEC方法进行离散方程组的求解，该方法收敛性好且适合时间步长较小的大涡模拟计算，计算过程中设置了网格倾斜校正以提高混合网格计算效果。在进行非定常计算之前先进行RANS的定常计算，通过瞬态化处理使大涡模拟初始流场达到具有合理统计特征的状态。

进一步地，在所述步骤S3中，可以求取相关系数，包括风荷载压力系数和体型系数。具体地，在所述步骤S3中可以计算得到冷却塔表面各节点平均、脉动风压系数，进而转换得到对应的体形系数，并作为后续风振动力有限元分析的有效输入载荷。

例如，在本实施例中，在冷却塔表面共布置12×44＝528个测点，其中沿子午向不同高度共布置12层测点，沿环向每间隔8.18°布置一个测点，每层环向共布置44个测点。

具体地，所述风荷载压力系数的计算公式如下所示：

C_pi＝(P_i-P_H)/0.5ρV_H ²

式中：C_pi为i点的平均风压系数，P_i为测点平均压力，单位(Pa)，P_H为参考高度处远前方的静压，单位(Pa)，ρ为空气密度，V_H为参考高度处远前方的平均风速；

压力系数与体型系数的转换：

${\mathrm{\μ}}_{si}=\frac{C_{pi}}{{\mathrm{\μ}}_{zi}}{\mathrm{\μ}}_{zr}=C_{pi}{\left\{\frac{Z_r}{Z_i}\right\}}^{2\mathrm{\α}}$

式中：C_pi为i点的平均风压系数，μ_zi、μ_zr为分别为i点和参考高度处的风压高度变化系数，Z_i为节点i离地面的距离，Z_r为参考高度，α为地面粗糙度指数。

S4、求解风振响应：建立所述冷却塔的有限元模型，并对其风振动力响应展开分析。

具体地，在所述步骤S4中，建立冷却塔结构的有限元模型，加载数值模拟计算得到的冷却塔表面风压时程，时程分析完成后，进行相应的时程响应提取。

在本实施例中，应用有限元软件ANSYS建立冷却塔结构的有限元模型：塔筒及顶部刚性环采用空间壳单元(Shell63)建模，下部对X型柱采用空间梁单元(Beam188)模拟，塔筒与支柱通过多点约束单元耦合方式连接。有限元计算模型的总体坐标系以沿高度方向为Z轴，水平向对称结构分别为X轴和Y轴，其中X轴为顺风向，Y轴为横风向，符合右手定则，由此建立特大型冷却塔有限元整体结构模型。例如，通风筒壁环向共划分176个单元，子午向划分为130层。模型建立后，加载数值模拟计算得到的冷却塔表面风压时程，并进行时程动力分析计算。

有限元时程分析完成后，进行时程响应提取的过程具体为：

如图5所示，是有限元模型中空间壳单元的几何形状、节点位置、坐标系及内力输出示意图。其中，单元坐标系根据节点建立顺序，X轴正方向由I节点指向J节点，Y轴正方向由I节点指向L节点，Z轴根据右手定则确定，故本发明中X轴为环向，Y轴为竖向(竖直向上为正)，Z轴为径向(指向平面外为正)。

冷却塔壳体内力设计由子午向轴力起控制作用，控制部位出现在壳体中下部，规范以0°子午向轴力为目标响应给出整塔单一风振系数取值，其中B类地貌风振系数取为1.9。鉴于此，可选择地，本发明以0°子午向轴力为目标响应对风振系数进行计算分析。

S5、计算风振系数：基于结构响应时程计算塔筒二维风振系数。

具体地，以步骤S4中的0°子午向轴力为目标响应来分析计算冷却塔各节点风振系数。在本实施例中，所述风振系数是响应风振系数。而且，所述响应风振系数的计算公式具体如下：

${\mathrm{\β}}_{Ri}=\frac{R_i}{R_{ei}}=1+\frac{{\mathrm{gR}}_{fi}}{R_{ei}}$

式中：β_Ri表示结点i的响应风振系数，R_i、R_ei、R_fi分别为结点i的总响应、平均响应和脉动响应，g为节点i的峰值因子，研究表明冷却塔结构峰值因子取值在2.5-3.2之间，本发明中g取值为3.0。

S6、分析拟合：基于非线性最小二乘法原理对塔筒风振系数进行拟合，最终给出二维风振系数拟合公式。

具体地，在步骤S6中，基于非线性最小二乘法原理，以子午向高度和环向角度为目标函数，拟合给出此类超大型冷却塔二维风振系数的计算公式。其中冷却塔沿环向均分为n₁段，沿子午向均分为n₂段，令N＝n₁×n₂，公式具体定义为：

M_θ,z＝(b₁×I+b₂×Z+b₃×Z·²+b₄×θ·×Z+b₅×θ·³+b₆×Z·³+b₇×θ·⁴+b₈×Z·⁴+b₉×θ·×Z·³+b₁₀×θ·²·×Z·²+b₁₁×θ·⁵+b₁₂×Z·⁵)·÷(I+b₁₃×exp(b₁₄×θ+b₁₅×Z))

其中：I为元素全为1的N×1矩阵，θ为以n₁个角度为循环单位且循环n₂次的N×1矩阵，Z为以每n₂个相同的高度为循环单位且循环n₁次的N×1矩阵，·×为矩阵对应元素相乘，·÷为矩阵对应元素相除，·ⁿ为矩阵对应元素的n次方，exp()为返回括号内矩阵每个元素作为以e为底的指数的矩阵，M_θ,Z表示以n₁个环向角度对应的风振系数为单位且沿子午向高度变化n₂次的N×1矩阵，bi(i＝1，2,…15)为拟合系数。例如，bi的取值如表1所示。

表1

如图6所示，给出了本发明超规范高度限值的特大型冷却塔以塔筒0°子午向轴力为目标响应的风振系数二维分布及拟合曲面对比图，图中散点数值为冷却塔真实风振系数，曲面对应数值为根据二维拟合公式模拟得到的风振系数。

相较于现有技术，本发明提供的适用于超规范特大型冷却塔的二维风振系数计算方法100以数值模拟结果为基础，通过有限元仿真实现冷却塔结构风振动力响应的计算，并拟合给出沿环向和子午向的准确有效的二维风振系数计算公式，可为此类超规范高度限值的特大型冷却塔结构的抗风设计提供了科学、详实的依据，对其工程安全性和施工造价具有决定性的意义。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (10)

1.一种适用于超规范特大型冷却塔的二维风振系数计算方法，其特征在于：包括如下步骤：

a、建立几何模型：基于冷却塔实际尺寸建立所述冷却塔的足尺几何模型及所处流场的计算域；

b、网格划分：采用局部加密技术对所述计算域进行网格划分；

c、数值模拟计算：选用湍流模型，设置边界条件，进行数值风洞模拟分析得到塔筒外表面风压时程；

d、求解风振响应：建立所述冷却塔的有限元模型，并对其风振动力响应展开分析；

e、计算风振系数：基于结构响应时程计算塔筒二维风振系数；

f、分析拟合：基于非线性最小二乘法原理对塔筒风振系数进行拟合，最终给出二维风振系数拟合公式。

2.根据权利要求1所述的适用于超规范特大型冷却塔的二维风振系数计算方法，其特征在于：在步骤a中，进行所述冷却塔的足尺建模，并基于尾流发展和阻塞率的要求建立足够尺寸的流场计算域。

3.根据权利要求1所述的适用于超规范特大型冷却塔的二维风振系数计算方法，其特征在于：在步骤b中，采用局部加密技术对计算域进行网格划分，具有规整形状的外围区域采用结构化网格进行划分，内含冷却塔模型的局部加密区域采用非结构化网格进行划分。

4.根据权利要求3所述的适用于超规范特大型冷却塔的二维风振系数计算方法，其特征在于：当外围区域采用结构化网格进行划分时，网格区域内所有的内部点都具有相同的毗邻单元，即每个点都具有相同数目的邻点，生成四边形或六面体网格；局部非结构化网格是指网格区域内所有的内部点都不具有相同的毗邻单元，生成不规则连接的三角形或四边形网格。

5.根据权利要求1所述的适用于超规范特大型冷却塔的二维风振系数计算方法，其特征在于：在步骤c中，通过模拟非稳态边界层湍流风场，采用大涡模拟方法获得冷却塔表面的风荷载时程和周围流场分布，即采用大涡模拟方法来求解不可压缩粘性流体N-S方程，且所述大涡模拟方法采用滤波函数，将流场中的涡分为大尺度涡和小尺度涡，对所述大尺度涡进行直接求解，而所述小尺度涡则采用亚格子模型进行模拟。

6.根据权利要求5所述的适用于超规范特大型冷却塔的二维风振系数计算方法，其特征在于：在步骤c中，设置的边界条件具体为：

利用风场模型的入口给定速度设置边界条件，并将入口处速度剖面和湍流度采用指数率形式，则沿高度方向变化的数学表达式如下式所示：

$U_z=U_0{\left(\frac{Z}{Z_0}\right)}^{\mathrm{\α}},$

$I_z\left(z\right)=I_{10}\stackrel{\‾}{I_z}\left(z\right),$

$\stackrel{\‾}{I_z}\left(z\right)={\left(\frac{z}{10}\right)}^{-\mathrm{\α}},$

式中α为地面粗糙度系数，U₀为该地空旷地区z₀＝10m高度处50或100年重现期10min最大平均风速，Z为计算高度距地面的距离，I₁₀为10m高名义湍流度，对应A、B、C、D四类地面粗糙度，U_z是对应高度Z的风速，I_z是对应高度Z的名义湍流度。

7.根据权利要求6所述的适用于超规范特大型冷却塔的二维风振系数计算方法，其特征在于：风荷载压力系数的计算公式如下所示：

C_pi＝(P_i-P_H)/0.5ρV_H ²

式中：C_pi为i点的平均风压系数，P_i为测点平均压力，单位(Pa)，P_H为参考高度处远前方的静压，单位(Pa)，ρ为空气密度，V_H为参考高度处远前方的平均风速；压力系数与体型系数的转换：

${\mathrm{\μ}}_{si}=\frac{C_{pi}}{{\mathrm{\μ}}_{zi}}{\mathrm{\μ}}_{zr}=C_{pi}{\left\{\frac{Z_r}{Z_i}\right\}}^{2\mathrm{\α}}$

式中：C_pi为i点的平均风压系数，μ_zi、μ_zr为分别为i点和参考高度处的风压高度变化系数，Z_i为节点i离地面的距离，Z_r为参考高度，α为地面粗糙度指数。

8.根据权利要求1所述的适用于超规范特大型冷却塔的二维风振系数计算方法，其特征在于：所述步骤d中，建立冷却塔结构的有限元模型，加载数值模拟计算得到的冷却塔表面风压时程，时程分析完成后，进行相应的时程响应提取。

9.根据权利要求1所述的适用于超规范特大型冷却塔的二维风振系数计算方法，其特征在于：在步骤e中，所述风振系数是响应风振系数，且所述响应风振系数的定义为

${\mathrm{\β}}_{Ri}=\frac{R_i}{R_{ei}}=1+\frac{{\mathrm{gR}}_{fi}}{R_{ei}}$

式中：β_Ri表示结点i的响应风振系数，R_i、R_ei、R_fi分别为结点i的总响应、平均响应和脉动响应，g为节点i的峰值因子。

10.根据权利要求1所述的适用于超规范特大型冷却塔的二维风振系数计算方法，其特征在于：在步骤f中，基于非线性最小二乘法原理，并以子午向高度和环向角度为目标函数，拟合给出型冷却塔的二维风振系数计算公式。