[发明专利]一种用于大型建筑结构抑制风致振动的被动扫荡射流装置

说明书

本发明提供了一种用于大型建筑结构抑制风致振动的被动扫荡射流装置，包括两端开口、内部中空的壳体，所述的壳体内部分为来流导入段、收紧段、涡流产生段和射流喷出段，各段依次连接；来流从所述的来流导入段的入口进入，其结构为一段直径为较大的通道；所述的收紧段为一段由大直径突变为小直径的通道；所述的涡流产生段为一段光滑的弧形内壁并在末端向外有一段环状弧形凸起，流体紧贴涡流产生段的内壁流动，形成一条通道，在所述的环状弧形凸起处形成微小的回流，进而形成漩涡；所述的射流喷出段形似喇叭状，出口截面面积逐渐增大，将所述的漩涡喷出。本发明的被动扫荡射流装置减振效果明显，不需要外部能源供应，能够很好的抑制大型结构的风致振动。

技术领域

本发明涉及大型建筑结构风致振动控制领域，具体涉及一种用于大型建筑结构抑制风致振动的被动扫荡射流装置。

背景技术

现有的大型建筑结构，例如高层建筑、桥塔等，属于方柱形结构，随着方柱形结构高度的增加，结构越发轻柔、细长，敏感度增加，从而结构所受的风致振动对结构的干扰越来越大。再有的大型建筑结构，例如桥梁主梁，随着桥梁主梁跨度的增加，桥梁主梁越发细长、轻柔，桥梁主梁的敏感度增加，从而桥梁主梁受到的风致振动也越来越复杂。当来流风流经方柱形结构附近时，结构容易发生涡激振动的现象，结构尾流产生交替脱落的漩涡，有些漩涡会作用在结构上，引发流固耦合等结构振动问题，对结构造成干扰，长期作用将对结构造成疲劳破坏，影响结构的使用安全。对于如何减风致振动是目前研究人员最关心的问题之一。现有的主动控制方法是通过外界注入能量，成本较高。

发明内容

基于以上不足之处，本发明的目的在于提出一种用于大型建筑结构抑制风致振动的被动扫荡射流装置，能够降低大型建筑的风致振动，并且不需要外部能源。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种用于大型建筑结构抑制风致振动的被动扫荡射流装置，包括两端开口、内部中空的壳体，所述的壳体内部分为来流导入段、收紧段、涡流产生段和射流喷出段，各段依次连接；来流从所述的来流导入段的入口进入，其结构为一段直径为较大的通道；所述的收紧段为一段由大直径突变为小直径的通道；所述的涡流产生段为一段光滑的弧形内壁并在末端向外有一段环状弧形凸起，基于科恩达效应，流体紧贴涡流产生段的内壁流动，形成一条通道，在所述的环状弧形凸起处形成微小的回流，进而形成漩涡；所述的射流喷出段形似喇叭状，出口截面面积逐渐增大，将所述的漩涡喷出。

本发明还具有如下技术特征：

进一步的，所述的来流导入段的入口截面为方形。

进一步的，所述的壳体的两端开口都设置有控制门，需要使用扫荡射流装置时打开两端控制门，风来流从入口进入，最后从出口喷出。

进一步的，在大型建筑结构上按一定间隔平行、贯穿设置多个被动扫荡射流装置，依靠来流风压力自发形成扫荡射流，喷出的高速扫荡气流打乱了尾流中的周期性漩涡脱落，降低漩涡对结构的非定常作用力，进而抑制了结构的风致振动。

进一步的，在大型建筑结构上设置被动扫荡射流装置的数量n的方法如下，

其中，A_r和A_c分别为被动扫荡射流装置的入口和出口面积，H为大型建筑结构的中心高度，L为大型建筑结构的展向长度，J为无量纲扫荡射流动量系数，n为被动扫荡射流装置的数量；依据大型建筑结构所吸入的气流能力，来评估无量纲吸力动量系数J，进而根据需要得出扫荡射流装置的数量n。

本发明的优点及有益效果：本发明的被动扫荡射流装置依靠来流风压力自发形成扫荡射流，减振效果明显，不需要外部能源供应，能够很好的抑制大型结构的风致振动，具有结构简单、成本低、维护方便的优点。

附图说明

图1为根据本发明实施例1的一种用于抑制大跨度桥梁主梁风致振动的被动扫荡射流装置结构示意图。