[发明专利]圆柱形结构风致振动的主动吸气流动控制装置

说明书

一种圆柱形结构风致振动主动吸气流动控制装置，包括吸气设备、吸气总管和多个吸气支管，吸气总管与吸气设备连接，在所述的圆柱形结构内部的轴线位置设置有吸气总管，在圆柱形结构内部、从上至下、径向设置有多根吸气支管，并且每根吸气支管垂直于来流风方向，每根吸气支管和吸气总管连接，以来流风方向为0°，每根吸气支管的两端在圆柱形结构的外壁上90°与270°的位置开有吸气孔。本发明结构简单，减振原理清晰，能够很好地减小桥梁圆柱形结构的风致振动。

技术领域

本发明涉及结构风致振动控制技术，具体涉及一种圆柱形结构风致振动的主动吸气流动控制装置。

背景技术

因为圆柱形受力的合理性，越来越多的结构或构件采用圆柱形或近似圆柱形的形式。高层结构越来越多地使用近似圆柱形的形式，电厂、冶炼厂等工业用的烟囱截面多为圆形，由于工艺和环保要求，烟囱结构一般比较高、比较柔，属于风敏感结构，海洋平台的立杆等结构构件也大多采用圆形截面。

圆形断面在风荷载的作用下容易发生涡激振动，同时存在横风向响应和顺风向响应，其中横风向涡激共振在设计过程中是不容忽视的。

涡激振动可以解释为：在常温常压下，当气体绕过钝体断面结构时，由于物体表面气体的惯性力减弱使其表面产生逆压梯度，分离的气体形成漩涡，并在结构两侧以一定的频率交替脱离、发展并最终消散，圆柱两侧的压强也以同样的频率发生周期性的变化，形成作用在结构上的横风向周期变化的力，使结构产生垂直来流方向的振动。

涡激振动现象广泛存在于高耸烟囱、电缆线、海洋石油平台的立杆等实际工程中。虽然涡激振动为限幅振动，一次涡激振动一般不会对结构造成毁灭性破坏.但由于其临界风速较低，因此发生十分频繁，容易造成结构疲劳破坏，长期作用将影响结构的使用安全。由涡激振动直接或间接造成的工程事故屡见不鲜。因此如何抑制涡激振动，一直是工程界研究的重点和热点问题。当来流风流经圆柱体，以来流风为0°，在接近圆柱体的90°和270°的位置产生流动分离，形成两条尾迹，两者不断吸收中心线另一侧剪切层的能量，切断了正在发展的漩涡涡量的供应，并向下游游走，最后由于两者旋转方向相反，最终形成了交替的漩涡脱落，造成了圆柱形结构的振动。

随着对流动控制问题的深入研究，学者们已提出了一些相应的控制措施。按控制方式可粗略分为被动控制和主动控制。被动控制不需要外部能源供给，但主动控制具有鲁棒性好、控制范围宽和适应性强等优点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种圆柱形结构风致振动的主动吸气流动控制装置，利用该装置对发生涡激振动时的圆柱进行吸气控制，能够从根本上改变圆柱周围的流场结构，进而提高结构抗风能力。

本发明所采用的技术如下：一种圆柱形结构风致振动主动吸气流动控制装置，包括吸气设备、吸气总管和多个吸气支管，吸气总管与吸气设备连接，在所述的圆柱形结构内部的轴线位置设置有吸气总管，在圆柱形结构内部、从上至下、径向设置有多根吸气支管，并且每根吸气支管垂直于来流风方向，每根吸气支管和吸气总管连接，以来流风方向为0°，每根吸气支管的两端在圆柱形结构的外壁上90°与270°的位置开有吸气孔。

本发明还有以下技术特征：所述的圆柱形结构是圆柱形建筑物、圆柱形构筑物或是圆柱形结构构件。

本发明在流动分离点处即圆柱形外壁90°与270°的位置布置了主动吸气装置，延缓了气流分离，同时通过吸取一部分流体，减少了两侧尾迹的涡量，使其不足以卷起旋涡，避免了从中心线对侧吸收能量的现象。同时，改变了尾迹的逆压梯度，使其不再向中心线靠拢，使两条尾迹平行流动。本发明结构简单，减振原理清晰，能够很好地减小桥梁圆柱形结构的风致振动。

附图说明

图1为圆柱形结构风致振动的主动吸气流动控制装置示意图，

其中1、圆柱形结构，2、吸气设备，3、吸气总管，4、吸气支管，5、90°吸气孔，6、270°吸气孔。