在管道模型上設(shè)置金屬絲模擬懸索管道橋抗風(fēng)特性的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種在管道模型上設(shè)置金屬絲模擬懸索管道橋抗風(fēng)特性的方法，屬于懸索管道橋抗風(fēng)技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]在油氣管道的建設(shè)中，常用懸索管道橋來跨越河流和峽谷。與普通的公路懸索橋相比，懸索管道橋的窄柔特性明顯，是典型的風(fēng)敏結(jié)構(gòu)。在懸索管道橋的工程設(shè)計(jì)中，抗風(fēng)設(shè)計(jì)是其重要組成部分。目前的抗風(fēng)設(shè)計(jì)均以懸索管道橋的風(fēng)洞試驗(yàn)為支撐。受風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)室大小的限制，目前的多數(shù)試驗(yàn)均為縮尺的懸索管道橋節(jié)段模型風(fēng)洞試驗(yàn)。大量的研究結(jié)果表明，風(fēng)洞試驗(yàn)的結(jié)果存在很大的雷諾數(shù)效應(yīng)。所謂雷諾數(shù)其定義為來流風(fēng)速和特征尺寸的乘積與運(yùn)動(dòng)粘性系數(shù)的比值，反映的是空氣團(tuán)所受到的慣性力和粘性力的比值。雷諾數(shù)是橋梁風(fēng)洞試驗(yàn)中的一個(gè)重要參數(shù)，雷諾數(shù)效應(yīng)指的是隨著雷諾數(shù)的變化，靜力阻力系數(shù)等也隨之變化。模型縮尺后，其進(jìn)行風(fēng)洞試驗(yàn)時(shí)的雷諾數(shù)與原型存在較大差距，縮尺后，雷諾數(shù)降低，試驗(yàn)得出的阻力系數(shù)隨之變化。從而導(dǎo)致風(fēng)洞試驗(yàn)的結(jié)果不能反映出真實(shí)的情況。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了解決這一問題，本發(fā)明的目的在于提供一種在管道模型上設(shè)置金屬絲模擬懸索管道橋抗風(fēng)特性的方法，通過設(shè)置金屬絲，改變懸索管道橋模型中管道模型的表面流場，從而使試驗(yàn)得出的懸索管道橋氣動(dòng)參數(shù)更符合真實(shí)情況。本發(fā)明適用于懸索管道橋的風(fēng)洞試驗(yàn)，為懸索管道橋的抗風(fēng)設(shè)計(jì)提供有力的試驗(yàn)技術(shù)支撐。
[0004]本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0005]—種在管道模型上設(shè)置金屬絲模擬懸索管道橋抗風(fēng)特性的方法，包括以下步驟:
[0006]步驟1，建立一組單一管道模型的CFD分析模型，將管道模型外壁縱向設(shè)置金屬絲，根據(jù)所述CFD分析模型的分析結(jié)果提取所述管道模型的阻力系數(shù)CD1，根據(jù)所述阻力系數(shù)CD1隨所述金屬絲間距的變化曲線，當(dāng)所述阻力系數(shù)C D1的變化率隨所述金屬絲間距變化最小時(shí)，初步設(shè)定所述金屬絲間距的范圍；
[0007]步驟2，根據(jù)步驟1中初步設(shè)定的所述金屬絲間距的范圍，在所述管道模型外壁縱向設(shè)置金屬絲，將所述設(shè)置金屬絲的管道模型進(jìn)行風(fēng)洞試驗(yàn)的單一管道模型的靜力試驗(yàn)，獲取所述管道模型的阻力系數(shù)CD2;
[0008]步驟3，列出所述阻力系數(shù)CD2隨所述金屬絲間距的變化曲線，當(dāng)所述阻力系數(shù)C D2隨所述金屬絲間距變化最小時(shí)，最終確定金屬絲的標(biāo)準(zhǔn)間距；
[0009]步驟4，根據(jù)步驟3所述的標(biāo)準(zhǔn)間距，在所述管道模型外壁縱向設(shè)置金屬絲，并將所述設(shè)置金屬絲的管道模型架設(shè)在懸索管道橋模型上進(jìn)行風(fēng)洞試驗(yàn)；
[0010]其中，所述管道模型架設(shè)在所述懸索管道橋模型的加勁梁橫梁上的支座上；所述懸索管道橋模型包括兩根主纜和兩根風(fēng)纜，若干條干擾纜將所述主纜和所述風(fēng)纜連接起來，還有若干條干擾纜將兩根主纜連接起來。
[0011]進(jìn)一步的，步驟1中，所述金屬絲的兩端鉤掛在所述管道模型的兩端口處。
[0012]進(jìn)一步的，所述金屬絲為銅絲、鐵絲、鋁絲、鎳絲、合金鋼絲，優(yōu)選的所述金屬絲為銅絲。
[0013]進(jìn)一步的，步驟1中初步設(shè)定的所述金屬絲間距的范圍為所述管道模型周長的1/4、1/6、1/8、1/10、1/12、1/14、1/16。
[0014]進(jìn)一步的，所述金屬絲的直徑為所述管道模型直徑的1/500?1/50。
[0015]進(jìn)一步的，所述阻力系數(shù)CD1由CFD軟件分析得到。
[0016]進(jìn)一步的，所述阻力系數(shù)CD2由風(fēng)洞試驗(yàn)得到。
[0017]本發(fā)明的有益效果為:
[0018]本發(fā)明提供了在管道模型上設(shè)置金屬絲模擬懸索管道橋抗風(fēng)特性的方法，在風(fēng)洞試驗(yàn)中精確模擬懸索管道橋抗風(fēng)特性。通過設(shè)置金屬絲，使得懸索管道橋在風(fēng)洞試驗(yàn)中氣動(dòng)參數(shù)的模擬精度得到了極大的提高，是懸索管道橋風(fēng)洞試驗(yàn)技術(shù)的一次提升。本發(fā)明通過設(shè)置金屬條紋，使風(fēng)洞試驗(yàn)得出的懸索管道橋的氣動(dòng)參數(shù)更加符合真實(shí)的情況，為懸索管道橋的工程設(shè)計(jì)提供有力的支撐。另外，本發(fā)明中金屬絲的設(shè)置比較簡單，便于試驗(yàn)操作，能夠取得較好的效果。
【附圖說明】
[0019]圖1為本發(fā)明所述設(shè)置金屬絲的管道模型斷面示意圖；
[0020]圖2為實(shí)施例中阻力系數(shù)CD1隨金屬絲間距的變化曲線圖；
[0021]圖3為實(shí)施例中阻力系數(shù)CD2隨所述金屬絲間距的變化曲線圖；
[0022]圖4為風(fēng)洞試驗(yàn)得出的設(shè)置和未設(shè)置金屬絲的管道模型的阻力系數(shù)對比曲線。
[0023]其中，1-管道模型，2-金屬絲。
【具體實(shí)施方式】
[0024]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合實(shí)例和附圖，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0025]—種在管道模型上設(shè)置金屬絲模擬懸索管道橋抗風(fēng)特性的方法，包括以下步驟:
[0026]步驟1，建立一組單一管道模型的CFD分析模型，將管道模型外壁縱向設(shè)置金屬絲，根據(jù)所述CFD分析模型的分析結(jié)果提取所述管道模型的阻力系數(shù)CD1，所述阻力系數(shù)CD1由CFD分析軟件得到。
[0027]如圖2，為阻力系數(shù)CD1隨金屬絲間距的變化曲線圖，根據(jù)所述阻力系數(shù)CD1隨所述金屬絲間距的變化曲線，當(dāng)所述阻力系數(shù)CD1的變化率隨所述金屬絲間距變化最小時(shí)，初步設(shè)定所述金屬絲間距的范圍，所述金屬絲間距可為所述管道模型周長的1/4、1/5、1/6、1/7、1/8、1/9、1/10、1/11、1/12、1/13、1/14、1/15、1/16 ;其中，本實(shí)施例中，所述管道模型外徑 D為610臟。
[0028]所述金屬絲可為銅絲、鐵絲、鋁絲、鎳絲、合金鋼絲，本實(shí)施例中所選用金屬絲為銅絲。所述金屬絲的直徑為所述管道模型直徑的1/500?1/50。
[0029]阻力系數(shù)是表征結(jié)構(gòu)斷面在平均風(fēng)作用下受力大小的無量綱系數(shù)，反映了風(fēng)對橋梁的定常氣動(dòng)作用。目前隨著理論發(fā)展和計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)步，很多時(shí)候采用CFD技術(shù)計(jì)算某些斷面的阻力系數(shù)。但是計(jì)算結(jié)果往往與實(shí)際存在明顯差距，因此必須進(jìn)行風(fēng)洞試驗(yàn)。
[0030]步驟2，根據(jù)步驟1中初步設(shè)定的所述金屬絲間距的范圍，在所述管道模型外壁縱向設(shè)置金屬絲，將所述設(shè)置金屬絲的管道模型進(jìn)行風(fēng)洞試驗(yàn)的單一管道模型的靜力試驗(yàn)，獲取所述管道模型的阻力系數(shù)CD2。
[0031]步驟3，列出所述阻力系數(shù)CD2隨所述金屬絲間距的變化曲線，如圖3，當(dāng)所述阻力系數(shù)CD2隨所述金屬絲間距變化最小時(shí)，最終確定金屬絲的標(biāo)準(zhǔn)間距。
[0032]圖1為設(shè)置金屬絲的管道模型斷面示意圖，如圖中所示，1為管道模型，其外徑為D，2為金屬絲。本實(shí)施例中，確定所述金屬絲的標(biāo)準(zhǔn)間距為D/12。
[0033]步驟4，根據(jù)步驟3所述的標(biāo)準(zhǔn)間距，在所述管道模型外壁縱向設(shè)置金屬絲，并將所述設(shè)置金屬絲的管道模型架設(shè)在懸索管道橋模型上進(jìn)行風(fēng)洞試驗(yàn)。其中，所述管道模型架設(shè)在所述懸索管道橋模型的加勁梁橫梁上的支座上。
[0034]所述懸索管道橋模型包括兩根主纜和兩根風(fēng)纜，若干條干擾纜將所述主纜和所述風(fēng)纜連接起來，還有若干條干擾纜將兩根主纜連接起來。
[0035]圖4為風(fēng)洞試驗(yàn)得出的設(shè)置和未設(shè)置金屬絲的管道模型的阻力系數(shù)對比曲線。該管道模型的管徑為610mm，金屬絲的設(shè)置間距為管徑的1/12。從圖4可以看出，設(shè)置了金屬絲之后，模型的阻力系數(shù)有了明顯的下降。同時(shí)，之前的大量研究結(jié)果表明，在雷諾數(shù)相對較低的時(shí)候，隨著雷諾數(shù)的增大，阻力系數(shù)會(huì)有一個(gè)急劇下降的過程。因此，從圖4中可以看出設(shè)置了金屬絲之后，阻力系數(shù)隨雷諾數(shù)的變化趨勢更加符合實(shí)際情況，圖中Re為雷諾數(shù)。
[0036]本發(fā)明通過設(shè)置金屬絲，使得懸索管道橋在風(fēng)洞試驗(yàn)中氣動(dòng)參數(shù)的模擬精度得到了極大的提高，是懸索管道橋風(fēng)洞試驗(yàn)技術(shù)的一次提升。本發(fā)明通過設(shè)置金屬條紋，使風(fēng)洞試驗(yàn)得出的懸索管道橋的氣動(dòng)參數(shù)更加符合真實(shí)的情況，為懸索管道橋的工程設(shè)計(jì)提供有力的支撐。
[0037]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種在管道模型上設(shè)置金屬絲模擬懸索管道橋抗風(fēng)特性的方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟1，建立一組單一管道模型的CFD分析模型，將管道模型外壁縱向設(shè)置金屬絲，根據(jù)所述CFD分析模型的分析結(jié)果提取所述管道模型的阻力系數(shù)CD1，當(dāng)所述阻力系數(shù)CD1的變化率隨所述金屬絲間距變化最小時(shí)，初步設(shè)定所述金屬絲間距的范圍； 步驟2，根據(jù)步驟1中初步設(shè)定的所述金屬絲間距的范圍，在所述管道模型外壁縱向設(shè)置金屬絲，將所述設(shè)置金屬絲的管道模型進(jìn)行風(fēng)洞試驗(yàn)的單一管道模型的靜力試驗(yàn)，并獲取所述管道模型的阻力系數(shù)CD2; 步驟3，列出所述阻力系數(shù)CD2隨所述金屬絲間距的變化曲線，當(dāng)所述阻力系數(shù)C D2的變化率隨所述金屬絲間距變化最小時(shí)，最終確定金屬絲的標(biāo)準(zhǔn)間距； 步驟4，根據(jù)步驟3所述的標(biāo)準(zhǔn)間距，在所述管道模型外壁縱向設(shè)置金屬絲，并將所述設(shè)置金屬絲的管道模型架設(shè)在懸索管道橋模型上進(jìn)行風(fēng)洞試驗(yàn)； 其中，所述管道模型架設(shè)在所述懸索管道橋模型的加勁梁橫梁上的支座上；所述懸索管道橋模型包括兩根主纜和兩根風(fēng)纜，干擾纜將所述主纜和所述風(fēng)纜連接起來，干擾纜還將兩根主纜連接起來。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在管道模型上設(shè)置金屬絲模擬懸索管道橋抗風(fēng)特性的方法，其特征在于，步驟1中，所述金屬絲的兩端鉤掛在所述管道模型的兩端口處。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在管道模型上設(shè)置金屬絲模擬懸索管道橋抗風(fēng)特性的方法，其特征在于，所述金屬絲為銅絲、鐵絲、鋁絲、鎳絲、合金鋼絲。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的在管道模型上設(shè)置金屬絲模擬懸索管道橋抗風(fēng)特性的方法，其特征在于，所述金屬絲為銅絲。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在管道模型上設(shè)置金屬絲模擬懸索管道橋抗風(fēng)特性的方法，其特征在于，步驟1中初步設(shè)定的所述金屬絲間距的范圍為所述管道模型周長的1/4、1/6、l/8、l/10、l/12、l/14、l/16o6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在管道模型上設(shè)置金屬絲模擬懸索管道橋抗風(fēng)特性的方法，其特征在于，所述金屬絲的直徑為所述管道模型直徑的1/500?1/50。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種在管道模型上設(shè)置金屬絲模擬懸索管道橋抗風(fēng)特性的方法，屬于懸索管道橋抗風(fēng)技術(shù)領(lǐng)域。所述方法包括：根據(jù)管道模型的CFD分析模型的分析結(jié)果提取管道模型的阻力系數(shù)CD1，初步設(shè)定金屬絲間距的范圍；在管道模型外壁縱向設(shè)置金屬絲，將設(shè)置金屬絲的管道模型進(jìn)行風(fēng)洞試驗(yàn)，獲取所述管道模型的阻力系數(shù)CD2；列出所述阻力系數(shù)CD2隨所述金屬絲間距的變化曲線，當(dāng)所述阻力系數(shù)CD2隨所述金屬絲間距變化最小時(shí)，最終確定金屬絲的標(biāo)準(zhǔn)間距；根據(jù)所述標(biāo)準(zhǔn)間距設(shè)置金屬絲，并將所述設(shè)置金屬絲的管道模型架設(shè)在懸索管道橋模型上進(jìn)行風(fēng)洞試驗(yàn)。本發(fā)明中金屬絲的設(shè)置比較簡單，便于試驗(yàn)操作，提高了懸索管道橋的風(fēng)洞試驗(yàn)?zāi)M精度。
【IPC分類】G01M9/08, G01M9/00
【公開號(hào)】CN105387989
【申請?zhí)枴緾N201510827811
【發(fā)明人】李國輝, 王文進(jìn), 左雷斌, 馬存明, 馬曉成, 詹勝文, 李明水, 楊春玲, 鐵明亮, 王麗, 康坤坤
【申請人】中國石油天然氣管道工程有限公司
【公開日】2016年3月9日
【申請日】2015年11月24日