冷却塔程序的计算及与ANSYS分析结果对比.doc

PAGE PAGE 8 冷却塔结构计算采用 LQT结构计算软件与通用结构计算软件ANSYS计算结果比较 华东电力设计 戴永志 摘要：本文通过冷却塔结构计算软件LQT与通用软件ANSYS计算结果的比较，说明LQT程序精度上基本可以满足当前设计的要求，同时也为ANSYS建模计算大型冷却塔提供了可靠度依据。 关键词：自然通风冷却塔 有限元 LQT ANSYS 0、引言 当前国内的逆流式自然通风冷却塔高度是越来越高，淋水冷却面积越来越大。常规燃煤百万机组按照一机一塔布置时，单塔淋水面积大约为11000～13000 m2；核电百万机组按照一机一塔布置时，单塔淋水面积大约为22000 m2；间接空冷百万机组按照一机一塔布置时，单塔淋水面积大约为25000 m2，这些超大塔无论是高度还是底部直径均超出了我国现行规范规程所规定的范围。为适用当前冷却塔设计的发展趋势，本院结合工程适时启动了大塔研究专项课题并进行研究，目前的主要任务是对LQT程序的研究、升版和通用有限元软件ANSYS的学习应用，并且对9000 m2逆流式自然通风冷却塔结构计算进行对照，相互验证，目的是为了对大型冷却塔采用ANSYS建模进行计算提供可靠度依据，为将来冷却塔的结构计算全部转为采用通用计算软件ANSYS奠定基础。本文 1、LQT程序的计算原理 LQT程序的基本计算原理是基于线性小位移有矩理论的静力有限元分析程序。对于冷却塔这种特殊的轴对称结构，壳体可用以定数量的薄节元来表示，变位由展开的富氏级数来表示，这样可把复杂的三维问题简化为较简单的二维问题。由于沿高度方向壳体的厚度变化不大，故假设壳体呈平面应力状态。它的总体线性方程为，其中：为总体刚度矩阵；为总体广义位移矩阵；为总体广义力矩阵。壳体的任一点位移均为竖向参数和环向角度的函数。广义位移矩阵中不仅含节点的三个方向上的位移，而且包括位移的一阶导数和部分位移的二阶导数，由此根据二元函数的差值公式，由单元节点的位移和其导数的三角函数展开式而得到内部任一点的位移，由位移而导出任一点的应变、应力和内力。 2、LQT程序的计算结果与ANSYS分析结果的对比分析。 ANSYS是当前结构计算最为流行的通用软件之一，通过一段时间学习和应用，现在已经完全掌握了如何利用ANSYS软件进行冷却塔塔筒、人字柱、环基和地基（含桩基）的一体化分析。本文结合望亭电厂扩建工程 9000 m2自然通风冷却塔的结构计算，将塔筒部分LQT的计算分析结果与ANSYS的计算结果进行了对比。望亭电厂冷却塔通风筒为双曲线型现浇钢筋混凝土结构，塔高144.0m，通风筒壳体采用分段等厚，最小厚度0.20 m，最大厚度0.85 m。冷却塔通风筒由48对人字柱与基础连接，人字柱为Φ800 mm的钢筋混凝土结构。冷却塔基础采用现浇钢筋混凝土环板基础，宽度7m，厚度1.50 自重作用下，LQT与ANSYS计算的塔筒内力计算结果比较，具体结果见图2.1～图2.4： 图2.1 图2.2 图2.3 图2.4 风荷载作用下，LQT与ANSYS计算的塔筒内力计算结果在0度位置进行比较，具体结果见图2.5～图2.8： 图2.5 图2.6 图2.7 图2.8 风荷载作用下，LQT与ANSYS计算的塔筒内力计算结果在75度位置进行比较，具体结果见图2.9～图2.12： 图2.9 图2.10 图2.11 图2.12 通过上述的内力比较可知，两种计算软件的计算结果在壳体下环梁以上基本完全吻合，下环梁部分虽然有差别，但是差别不大，主要是由于下边缘的边界处理方式不同造成的。由于上下环梁的控制配筋主要在环向，环向的薄膜力无论是自重作用还是风荷载作用在75度位置均为压力对配筋不起控制作用，在0度位置自重作用下产生的环向压力和风荷载作用下产生的环向拉力大小基本相同；无论是75度位置还是0度位置的环向弯矩， LQT的计算结果与ANSYS都相差不大。所以LQT程序只要节元划分足够地多，精度上基本可以满足当前设计的要求，同时采用通用软件ANSYS建模大型冷却塔结构计算，提供了建模可靠度依据，为将来冷却塔的结构计算全部转为采用通用计算软件ANSYS奠定基础。。 3、参考文献 3.1 北京大学固体力学教研室. 旋转壳的应力分析.北京：水利水电出版社，1979.2 3.2 尚晓江等.ANSYS结构有限元高级分析方法与范例应用. 北京：中国水利电力出版社，2006.1 3.3 郝文化等.ANSYS土木工程应用实例. 北京：中国水利电力出版社，2006.1 3.4 博弈创作室.APDL参数化有限元分析技术及其应用实例. 北京：中国水利电力出版社，2004.1 3.5 DL/T 5339-2006，火力发电厂水工设计规范 3.6 NDGJ5-88，火力发电厂水工设计技术规定编制说明.北京：水利电力出版