CN113882242A - 基于结构化多孔表面的圆柱形结构主动吹气减振防护装置 - Google Patents

基于结构化多孔表面的圆柱形结构主动吹气减振防护装置 Download PDF

Info

Publication number
CN113882242A
CN113882242A CN202111360668.3A CN202111360668A CN113882242A CN 113882242 A CN113882242 A CN 113882242A CN 202111360668 A CN202111360668 A CN 202111360668A CN 113882242 A CN113882242 A CN 113882242A
Authority
CN
China
Prior art keywords
sheath
cylindrical
cylindrical structure
blowing
vibration damping
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202111360668.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113882242B (zh
Inventor
高东来
余海洋
陈文礼
李惠
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Harbin Institute of Technology
Original Assignee
Harbin Institute of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Harbin Institute of Technology filed Critical Harbin Institute of Technology
Priority to CN202111360668.3A priority Critical patent/CN113882242B/zh
Publication of CN113882242A publication Critical patent/CN113882242A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113882242B publication Critical patent/CN113882242B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E01—CONSTRUCTION OF ROADS, RAILWAYS, OR BRIDGES
    • E01D—CONSTRUCTION OF BRIDGES, ELEVATED ROADWAYS OR VIADUCTS; ASSEMBLY OF BRIDGES
    • E01D19/00—Structural or constructional details of bridges
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E01—CONSTRUCTION OF ROADS, RAILWAYS, OR BRIDGES
    • E01D—CONSTRUCTION OF BRIDGES, ELEVATED ROADWAYS OR VIADUCTS; ASSEMBLY OF BRIDGES
    • E01D19/00—Structural or constructional details of bridges
    • E01D19/16—Suspension cables; Cable clamps for suspension cables ; Pre- or post-stressed cables
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Architecture (AREA)
  • Civil Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Buildings Adapted To Withstand Abnormal External Influences (AREA)
  • Bridges Or Land Bridges (AREA)

Abstract

本发明公开一种基于结构化多孔表面的圆柱形结构主动吹气减振防护装置，对圆柱形结构的风致振动起到明显抑制作用，包括圆柱形轴向中空的护套，圆柱形护套面向来流侧的护套一瓣为实心结构，尾流侧的另一瓣为多孔结构，所述的多孔结构包括多个气流过渡孔，多个所述的气流过渡孔沿护套的径向以一定间隔呈放射状在护套内部以阵列结构排列，并贯通于所述的护套另一瓣的外壁面，每个沿护套轴向相邻的所述的气流过渡孔互相连通，护套的端面的多个气流过渡孔作为本防护装置的进气端，外部供气设备通过管路与所述的进气端连接，用于防护的气流从所述的进气端吹入，从护套另一瓣的外壁面射出，进入被防护的圆柱形结构的尾流区，具有控制效率高的优点。

Description

基于结构化多孔表面的圆柱形结构主动吹气减振防护装置
技术领域
本发明涉及大跨度桥梁索结构风致振动控制领域，具体涉及一种基于结构化多孔表面的圆柱形结构主动吹气减振防护装置。
背景技术
现有的以及在建的大跨度桥梁绝大多数为缆索承重体系，以斜拉桥和悬索桥为主要代表。在斜拉桥和悬索中的斜拉索、主缆和吊杆统称为索结构，其截面形式以圆柱形为主。大跨度桥梁中的索结构自由长度往往较大，刚度较小，柔度效应明显。当来流风流经以上圆柱形结构时，会在尾流区产生以一定频率交替脱落的旋涡，当旋涡脱落频率与结构自身振动的某阶频率相近时，会发生风致振动，属于流固耦合现象的一种。在桥梁的使用过程中，索结构的风致振动会影响桥梁的正常使用和行车安全，严重时会导致构件的疲劳甚至是结构的破坏。因此，采取减振措施对结构的风致振动进行控制具有十分重要的意义。
发明内容
基于以上背景，本发明的目的在于提出一种基于结构化多孔表面的圆柱形结构主动吹气减振防护装置，能够对大跨度桥梁索结构的风致振动进行有效地抑制，使用时可将本防护装置完全覆盖于所需要进行风致振动控制的圆柱形结构上，当圆柱形结构的自由长度较长时，可根据实际情况，在结构的重要区段安装本防护装置。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种基于结构化多孔表面的圆柱形结构主动吹气减振防护装置，包括圆柱形轴向中空的护套，所述的护套套在被防护的圆柱形结构的表面，所述的圆柱形护套面向来流侧的护套一瓣为实心结构，面向尾流侧的护套另一瓣为多孔结构，所述的多孔结构包括多个气流过渡孔，多个所述的气流过渡孔沿护套的径向以一定间隔呈放射状在护套内部以阵列结构排列，并贯通于所述的护套另一瓣的外壁面，每个沿护套轴向相邻的所述的气流过渡孔互相连通，护套的一端或两端的端面的多个气流过渡孔作为本防护装置的进气端，外部供气设备通过管路与所述的进气端连接，用于防护的气流从所述的进气端吹入，从护套另一瓣的外壁面射出，进入被防护的圆柱形结构的尾流区，使尾流区的风速剖面更加稳定，同时削弱分离的剪切层之间的相互作用，改变旋涡脱落周期，改变作用于结构上的气动力，从而达到抑制风致振动的效果。
进一步的，所述的气流过渡孔的直径延所述的护套的径向由内向外逐渐增大。
进一步的，位于径向每层的气流过渡孔通过一个或多个半环形的通气道连接。
进一步的，所述的进气端安装有控制阀门，当需要使用本防护装置进行风致振动控制时，将阀门打开，不需要使用时，可将阀门关闭。
进一步的，所需外部吹入气流率Q的公式如下：
Figure BDA0003359121000000021
式中Q为外部入吹气流率，Cμ为无量纲吹气动量系数，Sh为装置外侧表面的气孔总面积，U∞为来流风速；根据所需要达到的控制效果对无量纲吹气动量系数Cμ进行估计，进而得到所需的吹气流率Q。
本发明的优点及有益效果：本发明使圆柱形结构尾流区的风速剖面更加稳定，同时削弱分离的剪切层之间的相互作用，改变旋涡脱落周期，改变作用于结构上的气动力，从而达到抑制风致振动的效果；具有控制效率高，能够对圆柱形结构的风致振动起到明显的抑制作用的优点。
附图说明
图1为本发明实施例1的防护装置结构立体示意图。
图2为本发明实施例1的径向剖面示意图。
图3为本发明实施例1的一种基于结构化多孔表面的用于抑制圆柱形结构风致振动的主动吹气减振防护装置工作原理示意图。
图4为本发明实施例1的无控条件下的瞬时流场涡量图。
图5为本发明实施例1的无控条件下的时均流场流线与湍动能图。
图6为本发明实施例1的安装主动吹气减振防护装置条件下的瞬时流场涡量图。
图7为本发明实施例1的安装主动吹气减振防护装置条件下的时均流场流线与湍动能图。
具体实施方式
下面结合附图举例对本发明作进一步说明。
实施例1
如图1-2所示，一种基于结构化多孔表面的圆柱形结构主动吹气减振防护装置，包括圆柱形轴向中空的护套，所述的护套套在被防护的圆柱形结构的表面，其特征在于，所述的圆柱形护套面向来流侧的护套一瓣为实心结构，面向尾流侧的护套另一瓣为多孔结构，所述的多孔结构包括多个气流过渡孔1，多个所述的气流过渡孔1沿护套的径向以一定间隔呈放射状在护套内部以阵列结构排列，并贯通于所述的护套另一瓣的外壁表面，所述的气流过渡孔1的直径延所述的护套的径向由内向外逐渐增大，每个沿护套轴向相邻的所述的气流过渡孔1互相连通，位于径向每层的气流过渡孔1通过两个半环形的通气道2连接；护套的两端的端面的多个气流过渡孔1的侧壁作为本防护装置的进气端，外部供气设备通过管路与所述的进气端连接，用于防护的气流从所述的进气端吹入，从护套另一瓣的外壁面均匀射出，进入被防护的圆柱形结构的尾流区。射入尾流区的气流使得该区域的流动更加稳定，圆柱形结构侧向剪切层间的相互作用减弱，尾流区的旋涡脱落周期被改变。当外部吹气流率足够大时，旋涡脱落模式会改变，相应地，尾流区所脱落的旋涡会消失。
如图3所示，外部主动吹入的气流从结构化多孔表面均匀射入尾流中，本防护装置展向两端均设置有由阀门控制的外部吹气入口段，均可由开关进行控制，当需要使用本装置对结构的风致振动进行控制时，可将阀门打开，吹入外部气流；当不需要对结构的风致振动进行控制时，可将阀门关闭，此时风流经圆柱形结构时的绕流效应与普通无控结构相同。
结合图3，在圆柱形结构上设置本防护装置，所需外部吹入气流率Q的公式如下：
Figure BDA0003359121000000031
式中Q为外部入吹气流率，Cμ为无量纲吹气动量系数，Sh为装置外侧表面的气孔总面积，U∞为来流风速；根据所需要达到的控制效果对无量纲吹气动量系数Cμ进行估计，进而得到所需的吹气流率Q。。
利用粒子图像测速PIV系统，对圆柱形结构周围的流场进行测量与可视化，如图4和图5所示为无控圆柱形结构绕流的瞬时面内涡量ωz结果与时均流线和湍动能TKE结果。图4的瞬时涡量结果表明，无控圆柱形结构的尾流中存在明显的、反对称交替脱落的旋涡结构，具有周期性，剪切层之间的相互作用明显；图5的时均结果表明，无控圆柱形结构尾流区存在非常高的湍动能，湍流效应显著，尾流不稳定。
图6和图7分别显示了安装本发明的防护装置后的圆柱型结构绕流的瞬时面内涡量ωz结果与时均流线和湍动能TKE结果。图6所示的瞬时涡量结果表明，尾流中交替脱落的旋涡已消失，旋涡脱落模式发生转变，剪切层之间的相互作用得到抑制。图7所示的时均结果表明，本防护装置可显著降低尾流区的湍动能，抑制湍流效应，使结构的尾流更加稳定，作用于圆柱形结构上的气动力减小，周期性改变，结构的风致振动得到了抑制。

Claims (5)

1.一种基于结构化多孔表面的圆柱形结构主动吹气减振防护装置，包括圆柱形轴向中空的护套，所述的护套套在被防护的圆柱形结构的表面，其特征在于，所述的圆柱形护套面向来流侧的护套一瓣为实心结构，面向尾流侧的护套另一瓣为多孔结构，所述的多孔结构包括多个气流过渡孔，多个所述的气流过渡孔沿护套的径向以一定间隔呈放射状在护套内部以阵列结构排列，并贯通于所述的护套另一瓣的外壁面，每个沿护套轴向相邻的所述的气流过渡孔互相连通，护套的一端或两端的端面的多个气流过渡孔作为本防护装置的进气端，外部供气设备通过管路与所述的进气端连接，用于防护的气流从所述的进气端吹入，从护套另一瓣的外壁面射出，进入被防护的圆柱形结构的尾流区。
2.根据权利要求1所述的一种基于结构化多孔表面的圆柱形结构主动吹气减振防护装置，其特征在于：所述的气流过渡孔的直径延所述的护套的径向由内向外逐渐增大。
3.根据权利要求2所述的一种基于结构化多孔表面的圆柱形结构主动吹气减振防护装置，其特征在于：位于径向每层的气流过渡孔通过一个或多个半环形的通气道连接。
4.根据权利要求3所述的一种基于结构化多孔表面的圆柱形结构主动吹气减振防护装置，其特征在于：所述的进气端安装有控制阀门。
5.根据权利要求1-4任一项所述的一种基于结构化多孔表面的圆柱形结构主动吹气减振防护装置，其特征在于：所需外部吹入气流率Q的公式如下：
Figure FDA0003359120990000011
式中Q为外部入吹气流率，Cμ为无量纲吹气动量系数，Sh为装置外侧表面的气孔总面积，U∞为来流风速；根据所需要达到的控制效果对无量纲吹气动量系数Cμ进行估计，进而得到所需的吹气流率Q。
CN202111360668.3A 2021-11-17 2021-11-17 基于结构化多孔表面的圆柱形结构主动吹气减振防护装置 Active CN113882242B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111360668.3A CN113882242B (zh) 2021-11-17 2021-11-17 基于结构化多孔表面的圆柱形结构主动吹气减振防护装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111360668.3A CN113882242B (zh) 2021-11-17 2021-11-17 基于结构化多孔表面的圆柱形结构主动吹气减振防护装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113882242A true CN113882242A (zh) 2022-01-04
CN113882242B CN113882242B (zh) 2023-03-14

Family

ID=79017863

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111360668.3A Active CN113882242B (zh) 2021-11-17 2021-11-17 基于结构化多孔表面的圆柱形结构主动吹气减振防护装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113882242B (zh)

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0718627A (ja) * 1993-07-05 1995-01-20 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 制振型斜張橋ケーブル
CN102609009A (zh) * 2012-04-13 2012-07-25 欧进萍 一种结构绕流场吸/吹气控制方法及其装置
CN103590320A (zh) * 2013-11-25 2014-02-19 大连海事大学 一种斜拉桥的斜拉索减振装置
CN103938545A (zh) * 2014-04-16 2014-07-23 哈尔滨工业大学 一种斜拉索风致振动的自吸气自吹气减振装置
CN107387334A (zh) * 2017-09-11 2017-11-24 北京金风科创风电设备有限公司 抑制塔筒振动的浮动体设备
CN107765722A (zh) * 2017-09-28 2018-03-06 哈尔滨工业大学 大跨度桥梁钢箱梁颤振主动吹气流动控制装置
CN108222627A (zh) * 2018-03-20 2018-06-29 哈尔滨工业大学 圆柱形结构的减振防护主动吹气控制装置
CN110863612A (zh) * 2019-12-25 2020-03-06 苏州中车建设工程有限公司 方柱风致振动的自吸式抑制装置

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0718627A (ja) * 1993-07-05 1995-01-20 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 制振型斜張橋ケーブル
CN102609009A (zh) * 2012-04-13 2012-07-25 欧进萍 一种结构绕流场吸/吹气控制方法及其装置
CN103590320A (zh) * 2013-11-25 2014-02-19 大连海事大学 一种斜拉桥的斜拉索减振装置
CN103938545A (zh) * 2014-04-16 2014-07-23 哈尔滨工业大学 一种斜拉索风致振动的自吸气自吹气减振装置
CN107387334A (zh) * 2017-09-11 2017-11-24 北京金风科创风电设备有限公司 抑制塔筒振动的浮动体设备
CN107765722A (zh) * 2017-09-28 2018-03-06 哈尔滨工业大学 大跨度桥梁钢箱梁颤振主动吹气流动控制装置
CN108222627A (zh) * 2018-03-20 2018-06-29 哈尔滨工业大学 圆柱形结构的减振防护主动吹气控制装置
CN110863612A (zh) * 2019-12-25 2020-03-06 苏州中车建设工程有限公司 方柱风致振动的自吸式抑制装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN113882242B (zh) 2023-03-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2373893B1 (en) Improved tunnel ventilation device
US6866479B2 (en) Exhaust diffuser for axial-flow turbine
US5165860A (en) Damped airfoil blade
CA2879730C (en) Thrust-reverser assemblies that utilize active flow-control and systems and methods including the same
US8257036B2 (en) Externally mounted vortex generators for flow duct passage
US10518605B2 (en) Aircraft turbomachine comprising a deflector
US20100226767A1 (en) Diffuser arrangement
US8721273B2 (en) Ring diffuser for an axial turbomachine
US20090304494A1 (en) Counter-vortex paired film cooling hole design
CN107090768A (zh) 桥梁结构箱型主梁自吸气自吹气减振装置
CN102345272B (zh) 能抵抗气动失稳的斜拉桥拉索
EP1561903B1 (en) Tailored turbulation for turbine blades
US20130019583A1 (en) Diffuser with backward facing step having varying step height
CN107765722B (zh) 大跨度桥梁钢箱梁颤振主动吹气流动控制装置
CN113882242B (zh) 基于结构化多孔表面的圆柱形结构主动吹气减振防护装置
US20140137533A1 (en) Exhaust gas diffuser for a gas turbine
CN108222627B (zh) 圆柱形结构的减振防护主动吹气控制装置
US8591184B2 (en) Hub flowpath contour
US8628297B2 (en) Tip flowpath contour
US8105033B2 (en) Particle resistant in-wall cooling passage inlet
Ng et al. Three techniques to control flow separation in an S-shaped duct
US6644355B1 (en) Diffusing corner for fluid flow
CN114086809B (zh) 一种基于结构化多孔表面主动吸气的钝体风致振动控制装置
CN202175913U (zh) 能抵抗气动失稳的斜拉桥拉索
CN208419578U (zh) 一种回转窑窑尾冷却风分配结构

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant