工程边缘

极客枢纽

螺旋天际线

作者:Mike Gruetzmacher,技术营销工程师,明导国际

罗克韦尔柯林斯

e人们想知道为什么有些工业烟囱的螺旋结构在空中盘旋?好,因为这些是工业工厂,设计师或艺术原因可以消除。所以它必须是科学的。

螺旋排列的延伸段称为Scruton Strakes,以英国工程师的名字命名,克里斯托弗·斯克鲁顿。与D一起工作。e.J沃尔什在英国国家物理实验室,他发明了螺旋边条,并于1957年首次发表了结果。〔1〕.这些螺旋带用于防止由风引起的交替涡流引起的振动。

涡激振动(VIV)由旋涡脱落引起,当长细长结构(如烟囱)或汽车天线暴露于流动的流体中时,会发生这种情况。风的重复模式导致交替的漩涡或旋涡,also known as a Kármán vortex street.但是这些螺旋状的条纹实际上是做什么的?为什么它们需要??

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就本次调查而言,我使用了Mentor Graphics的Flefd 3D CFD分析软件,金宝愽备用网址更好地理解这些结构。

对于较低的雷诺数,气缸下游的涡流是稳定的(图2)。for higher Re numbers >100,漩涡开始振荡(图3)。斯特鲁哈尔数描述了旋涡脱落的频率:

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这些旋涡的交替脱落会产生周期性的力横穿流向流动方向每个弹性分量,包括工业烟囱,具有自然频率。如果旋涡脱落产生的激振频率接近叠加的固有频率,可能会发生共振和振动。这可以,最坏的情况下,对结构造成损坏。据斯克尔顿说,另一个无量纲的量被命名为,Scruton号码:

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Scruton数是设计工程师评估是否必须采取进一步的措施以避免振动损坏影响的指标。建设性措施可能包括:for example,阻尼或其他结构工程措施。大量的,稳定的堆栈似乎更能抵抗这些影响,如图1所示。左侧直径较大的烟囱未配备Scruton螺旋。

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专注于流体动力学,螺旋边条的目的是中断涡流的交替脱落,从而抑制振荡横向力。我能够快速建立一个简单的浮法模型,其边界条件如下:烟囱直径:1.5米,环境风速:2 m/s(风速7.2 km/h);如图4所示。

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图5显示了速度的切割图,左上角的横向力曲线取决于时间。我们可以看到y方向的振荡力是由交替的旋涡引起的。

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相比之下,另一种变体,它配有典型的螺旋带。图6显示了这一点。正如我们在速度图中看到的,交替旋涡不再出现,曲线也不再显示振荡过程。

图6中的示例,有三个螺旋,气缸周围各120度,间距7米,每转1.2圈。螺旋线并非一直建造到_顶部,由于在上部区域,涡流已经被烟囱上方的气流中断

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横向力的比较,时间依赖性如图7所示。配备螺旋边条的叠层显示出较低的侧向力,并且不会围绕X轴振荡。这些是,当然,堆栈切片的示例结果,但定性差异是显而易见的。

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因此,Scruton Strakes似乎提供了一种经济的解决方案,而不是烟囱的结构加固,同时尽量减少附加负载增加质量通常提供补救措施,但是聪明的解决方案往往是最有效的在这里,我们可以解释和介绍聪明的解决方案,使用FloEFD及其智能电池技术。

上述Scruton Strakes的其他应用可在测量技术中找到,以避免保护管受损,在石油钻机中,车载天线和电气发射塔。


工具书类

〔1〕CScruton和D.E.J.Walshe避免具有圆形或近圆形截面的结构的风激振动的方法,国家物理实验室(英国)1957。

https://www.youtube.com/watch?V= RLPUHGFEZPU
http://www.helialstrakes.com/
https://en.wikipedia.org/wiki/scuton_编号
https://en.wikipedia.org/wiki/strouhal_编号

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