[發明專利]圓柱形結構風致振動的主動吸氣流動控制裝置

在審

• 申請號: 201710895657.2
• 申請日: 2017-09-28
• 公開（公告）號: CN108035451A
• 公開（公告）日: 2018-05-15
• 發明（設計）人: 陳文禮;李惠
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: E04B1/98
• 分類號: E04B1/98;E02B17/00
• 代理公司: 哈爾濱市哈科專利事務所有限責任公司 23101
• 代理人: 吳振剛

一種圓柱形結構風致振動主動吸氣流動控制裝置，包括吸氣設備、吸氣總管和多個吸氣支管，吸氣總管與吸氣設備連接，在所述的圓柱形結構內部的軸線位置設置有吸氣總管，在圓柱形結構內部、從上至下、徑向設置有多根吸氣支管，并且每根吸氣支管垂直于來流風方向，每根吸氣支管和吸氣總管連接，以來流風方向為0°，每根吸氣支管的兩端在圓柱形結構的外壁上90°與270°的位置開有吸氣孔。本發明結構簡單，減振原理清晰，能夠很好地減小橋梁圓柱形結構的風致振動。

技術領域

本發明涉及結構風致振動控制技術，具體涉及一種圓柱形結構風致振動的主動吸氣流動控制裝置。

背景技術

因為圓柱形受力的合理性，越來越多的結構或構件采用圓柱形或近似圓柱形的形式。高層結構越來越多地使用近似圓柱形的形式，電廠、冶煉廠等工業用的煙囪截面多為圓形，由于工藝和環保要求，煙囪結構一般比較高、比較柔，屬于風敏感結構，海洋平臺的立桿等結構構件也大多采用圓形截面。

圓形斷面在風荷載的作用下容易發生渦激振動，同時存在橫風向響應和順風向響應，其中橫風向渦激共振在設計過程中是不容忽視的。

渦激振動可以解釋為：在常溫常壓下，當氣體繞過鈍體斷面結構時，由于物體表面氣體的慣性力減弱使其表面產生逆壓梯度，分離的氣體形成漩渦，并在結構兩側以一定的頻率交替脫離、發展并最終消散，圓柱兩側的壓強也以同樣的頻率發生周期性的變化，形成作用在結構上的橫風向周期變化的力，使結構產生垂直來流方向的振動。

渦激振動現象廣泛存在于高聳煙囪、電纜線、海洋石油平臺的立桿等實際工程中。雖然渦激振動為限幅振動，一次渦激振動一般不會對結構造成毀滅性破壞.但由于其臨界風速較低，因此發生十分頻繁，容易造成結構疲勞破壞，長期作用將影響結構的使用安全。由渦激振動直接或間接造成的工程事故屢見不鮮。因此如何抑制渦激振動，一直是工程界研究的重點和熱點問題。當來流風流經圓柱體，以來流風為0°，在接近圓柱體的90°和270°的位置產生流動分離，形成兩條尾跡，兩者不斷吸收中心線另一側剪切層的能量，切斷了正在發展的漩渦渦量的供應，并向下游游走，最后由于兩者旋轉方向相反，最終形成了交替的漩渦脫落，造成了圓柱形結構的振動。

隨著對流動控制問題的深入研究，學者們已提出了一些相應的控制措施。按控制方式可粗略分為被動控制和主動控制。被動控制不需要外部能源供給，但主動控制具有魯棒性好、控制范圍寬和適應性強等優點。

發明內容

本發明的目的在于提供一種圓柱形結構風致振動的主動吸氣流動控制裝置，利用該裝置對發生渦激振動時的圓柱進行吸氣控制，能夠從根本上改變圓柱周圍的流場結構，進而提高結構抗風能力。

本發明所采用的技術如下：一種圓柱形結構風致振動主動吸氣流動控制裝置，包括吸氣設備、吸氣總管和多個吸氣支管，吸氣總管與吸氣設備連接，在所述的圓柱形結構內部的軸線位置設置有吸氣總管，在圓柱形結構內部、從上至下、徑向設置有多根吸氣支管，并且每根吸氣支管垂直于來流風方向，每根吸氣支管和吸氣總管連接，以來流風方向為0°，每根吸氣支管的兩端在圓柱形結構的外壁上90°與270°的位置開有吸氣孔。

本發明還有以下技術特征：所述的圓柱形結構是圓柱形建筑物、圓柱形構筑物或是圓柱形結構構件。

本發明在流動分離點處即圓柱形外壁90°與270°的位置布置了主動吸氣裝置，延緩了氣流分離，同時通過吸取一部分流體，減少了兩側尾跡的渦量，使其不足以卷起旋渦，避免了從中心線對側吸收能量的現象。同時，改變了尾跡的逆壓梯度，使其不再向中心線靠攏，使兩條尾跡平行流動。本發明結構簡單，減振原理清晰，能夠很好地減小橋梁圓柱形結構的風致振動。

附圖說明

圖1為圓柱形結構風致振動的主動吸氣流動控制裝置示意圖，

其中1、圓柱形結構，2、吸氣設備，3、吸氣總管，4、吸氣支管，5、90°吸氣孔，6、270°吸氣孔。