熊凤鸣

    (中石化上海工程有限公司，上海 200120)

    基于Fluent的高耸塔体风荷载数值模拟

    熊凤鸣

    (中石化上海工程有限公司，上海 200120)

    对某高耸塔体结构表面的风场和风压分布进行了数值模拟和结果分析，湍流模型选择RNG k-ε模型，计算得出塔体周围的流场分布和结构上各个测点的风压。分析塔体在风向角变化时的风荷载分布特征，对比各风向角下截面风压分布的模拟结果和规范体型系数数据，探讨其取值问题，为此类结构的抗风研究与设计提供依据，对石油化工项目中料仓等大型塔体以及钢储罐等风敏感结构的风荷载分析也有一定的借鉴意义。

    数值模拟；高耸塔体；风压系数；体型系数

    造粒塔是石油化工装置中常见的一种构筑物，具有明显的高度高、横截面尺寸相对小等高耸结构的特点，相对于竖向荷载而言，风荷载的横向作用影响较大，往往是其控制荷载。

    由于造粒塔的截面形式是圆形与矩形截面的组合截面形式，其风荷载计算的取值在《建筑结构荷载规范》(GB 50009—2012)中仅给出了圆截面局部计算时表面分布的体型系数以及单一矩形截面的风荷载体型系数，无法对实际组合截面的风荷载有一个更为准确的取值。

    目前对结构表面风压除采用风洞试验方法获得以外，计算流体动力学(CFD)由于其低成本、快速度、实尺建模[1]的优势，在结构风工程领域日益广泛被应用于复杂结构的风荷载研究[2-4]。鉴于以上基础，本文结合工程实际以CFD 数值模拟方法对具有复杂体形的高耸塔体结构进行了数值模拟和分析，对规范体型系数数据取值进行探讨，为此类结构的抗风研究与设计提供参考，对石油化工项目中料仓等大型塔体以及钢储罐等风敏感结构的风荷载分析也有一定的借鉴意义。

    1 模型选择和处理

    1.1 湍流模型

    标准k-ε模型、 改进的RNG k-ε模型和Realizable k-ε模型，是目前CFD工程中应用最广泛的湍流模型。其中，RNG k-ε模型可以更好地处理高应变率及流线弯曲程度较大的流动而被广泛用于各种结构类型的流动模拟[5]。因此本文选择RNG k-ε湍流模型进行计算，得到了较为理想的结果。

    1.2 近壁面的处理

    流体的湍流流动在近壁面处会受到十分显著的影响，其处理方法对数值模拟结果的准确性有着较大的影响。而RNG k-ε湍流模型对处理湍流的核心区域有较好的适应性，本文采用非平衡壁面函数法(non-equilibrium wall functions)处理近壁面的湍流状态，以此来修正RNG k-ε湍流模型的计算 ......