强雷暴气流作用下超高耸太阳能热气流发电烟囱的动响应研究

太阳能烟囱发电技术是能源、环境、结构力学等领域多学科交叉的清洁环保型新技术。作为该发电系统重要部分的载流超高耸烟囱在大范围强雷暴气流（包括冲击风和上、下逆风）作用下可能出现失稳和振动等问题。本项目将针对这些急需解决的动力学问题开展以下工作：(1)基于现有的冲击风随机混合模型和大量的气象资料等，建立大范围强雷暴气流模型，确定烟囱结构的外荷载条件；(2)考虑因圆柱壳有限变形产生的非线性项，计入强雷暴气流产生的荷载作用力，同时利用内流-结构耦合条件，基于Donnell圆柱壳理论，建立烟囱圆柱壳结构的非线性运动方程，并采用有效的半解析半数值法进行求解；(3)考虑内流对结构的激励作用，研究强雷暴下载流超高耸烟囱结构的复杂动响应特性，并将结构动响应特性联合外荷载条件与常规风作用计算结果进行比较分析，为进一步修正传统的风振系数提供依据。本项目成果将为该烟囱结构的抗强雷暴分析和设计提供理论依据和技术支持。

太阳能烟囱发电技术是能源、环境、结构力学等领域多学科交叉的清洁环保型新技术。作为该发电系统重要部分的载流超高耸烟囱在雷暴气流作用下可能出现失稳、振动和倒塌等问题。本项目针对这些急需解决的力学问题开展了强雷暴气流作用下超高耸太阳能热气流发电烟囱的荷载特性及其响应的研究工作，取得的主要成果有：（1）研究了大高度、经典高度以及贴近地面的雷暴气流水平风速的特点，并建立了大范围强雷暴气流模型，给出烟囱风荷载条件；（2）建立了太阳能烟囱结构模型，通过分析结构静力学特性（位移和应力分布）、稳定性能、自振性能等方面，开展了配置加劲环的超高耸薄壁太阳能烟囱结构优化设计与分析；（3）开展了冲击风对载流超高耸太阳能烟囱的作用研究，并与大气边界层风作用效果进行了比较分析，得出需考虑雷暴设计荷载时的临界雷暴冲击风尺度；（4）开展冲击风致烟囱结构动力响应分析，并与大气边界层风所致动力响应进行了比较分析，为进一步修正传统的风振系数提供依据。