Computational fluid dynamic simulation of the pressure distribution on the natural draught cooling tower shell

• Autorzy: Błazik-Borowa E.

Warianty tytułu

PL

Symulacja rozkładu ciśnienia na powłoce chłodni kominowej z wykorzystaniem metod komputerowej mechaniki płynów

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Natural draught cooling towers are important engineering structures for which wind and temperature are major loads. In Poland the designing of this type of structures is based on the standard recommendation. In this paper a few analytical examples of flow around the cooling tower shells have been analysed. The pressure distribution obtained in the calculations has been compared with wind load recommended by the Polish Standard for a cylinder. The analysed structure is the cooling tower which is 90 m high, its bottom external diameter is equal to 69.85 m and the top external diameter is 37 m. The calculations have been made with use of the commercial CFD package FLUENT 6.0.12. In order to model the wind turbulence, the k-e method has been used. A comparison of the obtained results to experimental data has shown that numerical analyses are not correct in downstream area of the flow.

PL

Chłodnie kominowe są ważnymi obiektami inżynierskimi, których podstawowymi obciążeniami są obciążenia wiatrem i temperaturą. W zakresie obciążenia wiatrem w Polsce projektowanie tych konstrukcji opiera się na zaleceniach normowych, dotyczących budowli walcowych, które nie uwzględniają zmiany kształtu powłoki wzdłuż wysokości. Alternatywą projektowania na podstawie bardzo uproszczonych zaleceń normowych są wyniki badań w tunelach aerodynamicznych oraz obliczenia komputerowe, wykorzystujące metody numeryczne stosowane w mechanice płynów. W pracy przeanalizowano kilka przykładów obliczeń komputerowych opływu powłoki chłodni kominowej. Badania numeryczne zostały wykonane na przykładzie chłodni kominowej w elektrowni Adamów o wysokości 90 m oraz zewnętrznej średnicy dolnej 69.85 m i zewnętrznej średnicy wylotu 37.0 m. Obliczenia wykonano programem FLUENT w wersji 6.0.12 z wykorzystaniem metody objętości kontrolnej oraz modelu turbulencji k-e. Chłodnia została zamodelowana jako powłoka, opływana zarówno od wewnątrz jak i na zewnątrz. W wyniku obliczeń otrzymano m.in. pola ciśnienia i prędkości w przestrzeni obliczeniowej oraz rozkład ciśnienia na powłoce. Rozkłady ciśnienia porównano z wynikami badań w tunelach, przedstawianych w literaturze, oraz z obciążeniem wiatrem zalecanym w normie dla walca kołowego. Z tego porównania wynika, że należy ostrożnie podchodzić do wyników analiz numerycznych, dotyczących budowli o przekroju kołowym. Analiza, przedstawiona w pracy, wykazała, że wyniki obliczeń w odniesieniu do strony nawietrznej są prawidłowe i bardziej zbliżone do rzeczywistości niż zalecenia normowe, dotyczące tylko budowli walcowych. Niestety w obliczeniach widać wyraźnie, że położenie punktu oderwania się warstwy przyściennej od powłoki nie pokrywa się z lokalizacjami wyznaczanymi w badaniach w tunelach. Efektem tego są złe wyniki od strony nawietrznej. Wniosek ten dotyczy wszystkich budowli bez wyraźnych krawędzi, na których mogłoby nastąpić oderwanie się warstwy przyściennej.

Słowa kluczowe

EN

cooling tower; computational fluid dynamics CFD; finite volume method; turbulence model k-e

PL

chłodnia kominowa; rozkład ciśnienia; mechanika płynów; metoda komputerowa; model turbulencji k-e

• Wydawca: Komitet Inżynierii Lądowej i Wodnej PAN ; Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Lądowej
• Czasopismo: Archives of Civil Engineering
• Rocznik: 2007
• Tom: Vol. 53, nr 2
• Strony: 225--241
• Opis fizyczny: Bibliogr. 9 poz., il.

Twórcy

autor

Błazik-Borowa E.

• Lublin University of Technology, Department of Structural Mechanics, Lublin,

Bibliografia

• 1. H. J. NIEMANN, Static and dynamic wind effects on cooling towers Shell, 3031 ASCE Fall Convention and Exhibition, 1977.
• 2. H. J. NIEMANN, W. ZERNA, Impact of research on development of large cooling towers, Engineering Structure, 8, 74-86, 1986.
• 3. H. J- NIEMANN, H. D. KÖPPER, Influence of adjacent buildings on wind effects on cooling tower. Proc. of the 4th International Symposium on Natrural Draught Cooling Towers, 83-91, 1996.
• 4. QING-DING WEI, BO-YIN ZHANG, KE-QI Liu, XIANG-DONG Du, XIAN-ZHONG MENG, A Study of the unfavourable effects of wind on the cooling efficiency of dry cooling towers, J. of Wind Engineering and Industrial Aerodyanmics, 54/55, 633-643, 1995.
• 5. M. D. Su, G. F. TANG, S. Fu, Numerical simulation of fluid flow and thermal performance of a dry-cooling tower under cross wind condition, J. of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, 79, 289-306, 1999.
• 6. PN-77/B-02011. Obciążenia w obliczeniach statycznych. Obciążenie wiatrem.
• 7. J. A. ŻURAŃSKI, Obciążenia wiatrem budowli i konstrukcji, Biblioteka „Inżynierii i Budownictwa", Warszawal978.
• 8. "Fluent Inc. Product Documentation, FLUENT 5 User's Guide", FLUENT Inc., April 2000.
• 9. R. D. BLEYINS, Flow-induced vibration, Van Nostrand Reinhold, New York 1990.