【摘 要】
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随着可持续发展观念不断深入人心,塔式太阳能光热发电技术迅速进步,诸多国家将其列为重点发展产业,新型熔盐集热塔作为塔式太阳能光热发电系统的核心组成部分,是结构设计的重点。熔盐集热塔的突出特点是:结构高宽比大,顶部集热器的集中质量大,混凝土塔身与集热器连接处的突变截面明显。这些特性导致集热塔类属于风敏感结构,结构设计时需重点考虑风荷载作用,而国内现行荷载规范只规定了截面与质量无突变的圆形截面结构风荷载
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随着可持续发展观念不断深入人心,塔式太阳能光热发电技术迅速进步,诸多国家将其列为重点发展产业,新型熔盐集热塔作为塔式太阳能光热发电系统的核心组成部分,是结构设计的重点。熔盐集热塔的突出特点是:结构高宽比大,顶部集热器的集中质量大,混凝土塔身与集热器连接处的突变截面明显。这些特性导致集热塔类属于风敏感结构,结构设计时需重点考虑风荷载作用,而国内现行荷载规范只规定了截面与质量无突变的圆形截面结构风荷载计算方法,无法满足集热塔结构设计相关要求。因此本文以某设计院提供的集热塔结构为原型,采用CFD三维数值模拟方法,对塔体周围风场扰流特性,塔体表面风压分布规律及体型系数展开研究,主要研究内容如下:（1）基于“CAARC标准高层建筑”三维数值模拟与实验数据的拟合结果,确定了本文所采用的计算域参数与湍流模型。根据现有资料建立集热塔Workbench简化模型,开展了单向和双向流固耦合分析,研究结果表明:最大风压出现在迎风侧上方,集热塔迎风面有明显的对称分流线,塔器交界范围内出现较大的风压差,双向流固耦合时塔表面最大压差为5042 Pa,远大于单向流固耦合最大压差3379 Pa,塔顶部中心最大位移199.8 mm约为单向流固耦合计算得到最大位移98.4 mm的2倍。将双向流固耦合计算得到的塔体时程曲线进行傅里叶变换,得到集热塔摆动主频率为0.2734 Hz,与实体模型相差0.0005 Hz,说明本文研究的熔盐集热塔在风荷载作用下是以第一振型为主。（2）重点分析了基本风压、集热器直径与集热器高度分别对塔体周围风场特性、结构表面风压系数以及顶部中心最大位移的影响规律。发现基本风压从0.4 k N/m~2增长至1.0 k N/m~2时对应风场最大风压从947.13 Pa增加到2367.06 Pa,塔体顶部中心最大位移平均增大12.3 mm;直径从18 m增长至28.5 m时对应风场变化差值不超过31 Pa,最大位移平均增大3.25 mm;高度从31 m增长至39 m时对应风场变化差值仅为10 Pa,最大位移平均增大2.1 mm。说明了基本风压的影响作用最大,集热器直径变化次之,高度变化影响最小。（3）集热塔整体结构遵循圆柱绕流的普遍规律,但塔器交界面变截面处的风压分布异常复杂,集热器直径与高度变化时结构体型系数无法完全参考规范圆形截面,参照现行规范分析集热塔各分区局部体型系数与塔的整体体型系数,发现集热器的直径和高度的改变对于塔身侧面和集热器顶面的体型系数影响较小,对集热器侧面和塔器交界面的体型系数影响较大,且集热器侧面和塔身侧面的局部体型系数与《建筑结构荷载规范》（GB 50009-2012）中圆截面构造物的推荐值在迎风面较为符合,在背风面存在一定误差。集热器直径的变化较集热器高度的变化对结构整体体型系数影响更为显著。
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