Evaluation of Wind-Induced Vibration for Multiple Stacks Using Numerical Analysis

전산 해석을 이용한 다중연돌의 유체유발진동

Wind-induced vibration is a phenomenon that a struture is oscillated due to wind force such as buffeting, vortex shedding wake and etc., which is one of important characteristics to be considered for design in case that stack has significant slenderness ratio or low natural frequency. International design standards of stack define several criteria for evaluating the suitability of stack design, which describe the required design considerations for each range of design parameters and provide the instruction to verify the stack design against wind-induced vibration simply. However, there is a limitation that they cannot provide quantitative information in case code requirement cannot be satisfied due to constraints of plant space or economical design. In order to overcome the limiation of code, integrated numerical analysis of computational fluid dynamics, harmonic analysis and finite element analysis were proposed to investigate wind-induced vibration for multiple stacks in actual plant. Simulated results of mutual wake interference effect between adjacent stacks were evaluated and compared to the criteria in international standards.

풍진동(Wind-induced vibration)은 바람에 의해 구조물에 진동이 발생하는 현상으로써 세장비가 큰 열기기 Stack 설계시 고려해야 할 중요한 사항이다. 따라서, 국제 규격에는 풍진동에 대한 설계 인자와 각 범위에 대해 필요한 고려 사항을 정의하고 있다. 규격에 의한 설계 검증은 몇몇 인자를 이용하여 간단하게 확인이 가능하다는 장점이 있는 반면, 실제 풍진동에 의한 영향을 정량적으로 평가하지 않기 때문에 실제 필요한 것보다 과도한 설계를 요구할 수 있다는 단점이 있다. 또한 여러 제약조건으로 Code 상의 요구조건을 만족하지 못하는 경우 실제 시스템의 거동을 예측할 수 없다는 단점이 있다. 이러한 점을 보완하기 위해 CFD 와 FEM 등의 수치적 해석 방법을 통해 풍진동이 실제 Stack에 미치는 영향을 해석하여 설계 적정성을 검증하여 Code 상의 요구 조건과 비교하였다.