بررسی تاثیر بارگذاری حرارتی بر روی پوسته برج های خنک کن

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانش آموخته کارشناسی ارشد/دانشگاه یزد

2 عضو هیئت علمی / دانشگاه یزد

چکیده

در مناطقی که فعالیت لرزه خیزی زیاد نیست، وزن خود برج و بار باد، دو بار مهم در طراحی برج خنک کننده هستند. البته تأثیر بارهای حرارتی را نمی‌توان نادیده گرفت. براثر ایجاد ریزترک‌های ناشی از بارهای حرارتی، مقاومت نهایی برج‌های خنک‌کننده در پایان بارگذاری باد کاهش پیدا می‌کند. درگذشته تأثیر این بارها کمتر مورد توجه قرار می‌گرفتند اما امروزه امکان مدل کردن برج‌های خنک کننده و اعمال بارهای حرارتی و تحلیل این برج‌ها با روش اجزاء محدود فراهم شده است. در این تحقیق برج خنک کننده نیروگاه شهید رجایی با استفاده از نرمافزار اجزاء محدود ABAQUS شبیه‌سازیشده است. برای مدل کردن پوسته این برج از مدل plasticity Damage که قابلیت مدل‌سازی ترک را دارد، استفاده شده است. در این تحقیق اثرات دو بارگذاری مقایسه شده که در بارگذاری اول بار ثقلی، باد و حرارت و در بارگذاری دوم بار ثقلی و باد به برج اعمال‌شده است. بر اساس نتایج حاصله اختلاف تغییر مکان پوسته برج در جهت اعمال باد در دو بارگذاری برابر 6/4 درصد و اختلاف آسیب فشاری در دو بارگذاری حدود 3 درصد و اختلاف آسیب کششی حدود 10 درصد است. آسیب فشاری و کششی در حضور بارگذاری حرارتی در ناحیه بزرگتری گسترش یافته‌اند. بیشترین تأثیر بارگذاری حرارتی بر روی مقدار لنگر خمشی پوسته و در قسمت پشت به باد است که نسبت اختلاف لنگر خمشی در دو بارگذاری بیش از 40 درصد به دست آمده است. همچنین برج در حضور بارهای حرارتی با فشار باد کمتری به مقاومت نهایی خود رسیده است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Investigating The Effect of Thermal Loading on Cooling Tower Shells

نویسندگان [English]

  • salman rahimian 1
  • reza morshed 2
1 MSc Graduate, Yazd University
2 Yazd University / member of Scientific Board
چکیده [English]

Thermal load is one of important loads on the cooling towers, which reduce the final resistance of the cooling towers by creating micro Cracks at the end of the wind load. In the past, the impact of these loads has been less considered. Due to the progress of the finite element methods, nowadays it is possible to model cooling towers under thermal loads. In this research, the cooling tower of Shahid Rajaee power plant was modeled using ABAQUS finite element software. Damage plasticity model was used to model the crust of this tower. Behavior of cooling tower shell under two loading was compared. In the first loading, gravity, wind and heat, and in the second loading, the gravity and wind load were applied. The difference in shell displacement, tensile and compression cracking and ultimate strength in the shell was compared in both loading. Based on this study, the difference in the displacement of the shell in two loading was 6.4%. The difference in compression damage was about 3%, and the difference in tensile damage was about 10%. The pressure damage and tensile damage was developed in the presence of thermal loading. The difference in the bending moments in two loading was about 40% at the back side of the wind. Finally, the tower shell was reached to its ultimate strength in the presence of thermal load at a lower wind pressure.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Cooling Tower
  • finite element method
  • Damage Plasticity
  • Thermal loads
[1]  V. Guideline, Structural design of cooling towers, VGB Power Tech R, 610 (2005).
[2]  A. Committee, I.O.f. Standardization, Building code requirements for structural concrete (ACI 318-08) and commentary, in, American Concrete Institute, 2008.
[3]  A. Zingoni, Shell structures in civil and mechanical engineering: theory and closed-form analytical solutions, Thomas Telford, 1997.
[4]  A. Zingoni, Self-weight stresses in hyperbolic cooling towers of general shape, International Journal of Space Structures, 14(4) (1999) 281-294
[5]   Á. Orosz, Effects of temperature upon reinforced concrete cooling towers, Periodica Polytechnica Civil Engineering, 25(1-2) (1981) 81-93.
[6]  J. Błocki, Stress states in cooling tower caused by thermal field, Journal of structural engineering, 114(12) (1988) 2633-2651.
[7]  M.G. Hashish, S.H. Abu-Sitta, Response of hyperbolic cooling towers to turbulent wind, Journal of the Structural Division, 100(5) (1974) 1037-1051.
[8]  G. Meschke, H.A. Mang, P. Kosza, Finite element analyses of cracked cooling tower shell, Journal of structural engineering, 117(9) (1991) 2620-2638.
[9]  S.-Y. Noh, W.B. Krätzig, K. Meskouris, Numerical simulation of serviceability, damage evolution and failure of reinforced concrete shells, Computers & structures, 81(8-11) (2003) 843-857.
[10]  S. Ke, Y. Ge, The influence of self-excited forces on wind loads and wind effects for super-large cooling towers, Journal of wind engineering and industrial aerodynamics, 132 (2014) 125-135.
[11]  J. Noorzaei, A. Naghshineh, M.A. Kadir, W. Thanoon, M. Jaafar, Nonlinear interactive  analysis of cooling tower–foundation–soil interaction under unsymmetrical wind load, Thin-walled structures, 44(9) (2006) 997-1005.
[12]  H.C. Noh, Nonlinear behavior and ultimate load bearing capacity of reinforced concrete natural draught cooling tower shell, Engineering Structures, 28(3) (2006) 399-410.
[13]  M. Orlando, Wind-induced interference effects on two adjacent cooling towers, Engineering structures, 23(8) (2001) 979-992.
[14]  T. Sun, Z. Gu, L. Zhou, P. Li, G. Cai, Full-scale measurement and wind-tunnel testing of wind loading on two neighboring cooling towers, Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, 43(1-3) (1992) 2213-2224.
[15]  G. Li, W.-B. Cao, Structural analysis and optimization of large cooling tower subjected to wind loads based on the iteration of pressure, Structural Engineering and Mechanics, 46(5) (2013) 735-753.
[16] S. Ke, Y. Ge, L. Zhao, Y. Tamura, Stability and reinforcement analysis of superlarge exhaust cooling towers based on a wind tunnel test, Journal of Structural Engineering, 141(12) (2015) 04015066
[17]  L. Zhao, Y. Ge, A. Kareem, Fluctuating wind pressure distribution around full-scale cooling towers, Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, 165 (2017) 34-45.
[18]  EGI, Cooling Tower Document ‘Shahid Rajaee Thermal Power Plant’, Qazvin, Iran, in, 1990
[19]  L. Zhao, Y. Ge, A. Kareem, Fluctuating wind pressure distribution around full-scale cooling towers, Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, 165 (2017) 34-45.
[20]  L.A. Documentation, 6.13. (2014), Abaqus Analysis User's Guide.
[21]  Z. Waszczyszyn, E. Pabisek, J. Pamin, M. Radwańska, Nonlinear analysis of a RC cooling tower with geometrical imperfections and a technological cut- out, Engineering structures, 22(5) (2000) 480-489.
[22]  J.C. Jofriet, G.M. McNeice, Finite element analysis of reinforced concrete slabs, Journal of the structural division, 97(3) (1971) 785-806.
[23]  M. Crisfield, Accelerated solution techniques and concrete cracking, Computer methods in applied mechanics and engineering, 33(1-3) (1982) 585-607.