复杂地形条件下输电塔线体系风致响应数值模拟
发布时间：2020-12-29 22:34
输电塔线体系作为输电线路中重要承重设施,其结构的可靠性直接关系到整个电力系统的安全运行。由输电塔和导线组成的塔线体系,具有轻质高柔的特征,易受到风灾影响,而随着输电线路规模的增大,高塔身、大档距成为了未来的发展方向,实际工程中需要更加重视塔线体系的抗风性能,因此研究塔线体系风致响应特征对于保证电力系统安全运行有着重要的意义。目前,针对塔线体系风致响应的研究工作大多都对风荷载进行了简化,忽略了线路周边地形的影响,实际工程设计及分析中也仅通过相关规范中地形修正系数进行简化考虑,此外对线路响应最不利风向也缺乏深入研究。围绕这些问题,本文以温州某山区输电线路为工程背景,基于计算流体力学(CFD)和有限元分析(FEM)方法,从以下三方面开展了数值模拟研究:第一部分,对线路周边三维风场进行流场模拟。基于线路周边地形的高程数据构建风场计算域,进行了近地面三维风场CFD模拟,结果表明山地地形对当地风场有显著的加速效应,且部分风向作用下输电塔当地的风速剖面结果不同于相关规范中指数分布规律,因此规范采用的指数剖面模型无法反映复杂地形条件下线路当地风场特征。第二部分,耦合风场CFD模拟结果进行塔线体系风致响...
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
输电线路周边地形特征
浙江大学硕士学位论文第三章近地面三维风场模拟19（b）输电铁塔中构件尺寸远小于近地面风场计算尺度，可以忽略塔体结构对于风场计算的影响；（c）所选地形中大部分地貌为树林，地面粗糙度条件可视为一致，对照相关规范，风场模型中地形条件可视作B类。3.3近地面风场计算域的构建以前述拟合得到的地形曲面为基础，构建近地面三维风场模拟计算域，为了保证风场中山体尾流充分发展，在地形曲面周边设置了基于地形曲面最低海拔值的平面以扩宽地形曲面，然后以整体地面为底面进行拉伸，形成近地面风场模拟计算域，计算域整体大小为11500m10000m1400m。为了便于后续对不同风向条件下该区域风场进行分析，在整体计算域中间设置了包含当地地形曲面的圆柱曲面，将整体计算域几何模型分成了内外两部分，其中外几何模型底面为平面，这样仅需要旋转外部计算域即可调整风场模拟的风向，减少了重新构建曲面和计算域几何模型的工作量。图3.3近地面风场几何模型3.4风场计算设置本章通过计算流体力学(CFD)方法研究实际复杂地形条件下的近地面风场特征，计算平台选用Fluent软件。通过Fluent软件进行近地面风场模拟计算需要在软件中进行相应的设置，计算设置总体可见下表。
浙江大学硕士学位论文第四章复杂地形条件下塔线体系风致响应31线点的高度差；x和Z值代表悬链线上每个节点的坐标位置。基于实际线路工程参数，针对塔线体系中的各档的导线计算了各节点的位置，使用LINK10单元连接各导线节点和塔体模型从而建立塔线耦合体系，如图4.3，模型中共有3308个BEAM188梁单元，2400个LINK10杆单元，6848个节点。图4.3塔线耦合体系有限元模型塔线体系中两塔的相对地理位置关系可以参考图4.3，其中塔一为东北侧输电塔，塔二为西南侧输电塔，塔一海拔比塔二高55.8m，两塔之间档距为183.3m，挂线点高度差为54.3m。塔一之前和塔二之后海拔较低，塔一之前档距为255.9m，挂线点高度差为43.9m，塔二之后档距为264.4m，挂线点高度差为101.4m。为了便于后续分析两塔结构响应，对输电塔不同位置的主材进行了编号处理，见图4.3和图4.4，其中1、4号主材为背风侧主材，2、3号主材为迎风侧主材，而塔体前后两侧输电线有着不同的特征，设定输电塔1、2号主材侧导线为塔体前侧输电线，3、4号主材侧导线为塔体后侧输电线。图4.4输电铁塔主材编号4.3模态分析模态分析是分析结构动力特征的重要方法，可用于确定塔线体系中结构动力
【参考文献】：
期刊论文
[1]良态风场与台风风场下输电塔线体系气弹模型风洞试验[J]. 邓洪洲,段成荫,徐海江. 振动与冲击. 2018(08)
[2]台风下输电塔风振响应有限元分析及测试试验[J]. 吴新桥,彭康,耿力,黄增浩,张陵. 应用力学学报. 2018(02)
[3]酒杯型输电铁塔曲臂风荷载风洞试验研究[J]. 杨风利,牛华伟,杨靖波,张宏杰. 振动与冲击. 2017(24)
[4]台风作用下输电塔线体系动力响应分析[J]. 安利强,张志强,黄仁谋,张荣伦,庞松岭,梁成,杨文刚. 振动与冲击. 2017(23)
[5]脉动风激励下格构式输电塔动力特征识别[J]. 杨风利,张宏杰,杨靖波,华旭刚,温青,牛华伟. 振动与冲击. 2017(21)
[6]三维山体的风场特征及对输电塔风致响应的影响[J]. 姚剑锋,沈国辉,楼文娟,郭勇,邢月龙. 振动与冲击. 2017(18)
[7]角钢输电铁塔横担角度风荷载系数取值研究[J]. 杨风利. 工程力学. 2017(04)
[8]基于位移测量的输电塔等效静风荷载研究[J]. 刘慕广,王树彬,谢壮宁,石碧青. 工程力学. 2017(04)
[9]顺风作用下输电塔疲劳可靠度分析[J]. 白海峰,刘兴. 空间结构. 2017(01)
[10]基于塔线体系模型的沿海输电铁塔抗风性能研究[J]. 张志强,安利强,庞松岭,张荣伦. 电力科学与工程. 2016(11)
博士论文
[1]台风作用下高层建筑的风场和风效应原型实测研究[D]. 张传雄.湖南大学 2018
[2]风雨致输电塔线体系动力反应及倒塌分析[D]. 付兴.大连理工大学 2016
[3]输电塔线体系环境荷载致振响应研究[D]. 白海峰.大连理工大学 2007
[4]气固两相自由剪切流动的直接数值模拟和实验研究[D]. 罗坤.浙江大学 2005
硕士论文
[1]输电塔风振响应分析及结构内力计算[D]. 侯亿晖.西南交通大学 2016
[2]输电导线气动力特性及风偏计算研究[D]. 李天昊.浙江大学 2016
[3]基于导线张力信息的架空输电导线舞动分析方法研究[D]. 熊希.华北电力大学 2015
[4]风荷载下大跨越输电塔—线体系振动控制分析[D]. 王骞.山东大学 2014
[5]高压输电塔线体系的风致动力响应分析[D]. 岳培根.郑州大学 2014
[6]山丘地形风场特性及对输电塔的风荷载作用研究[D]. 姚旦.浙江大学 2014
[7]山地地形的近地风场特性研究[D]. 李鑫.重庆大学 2010
[8]基于环境振动模态参数识别随机子空间方法与应用[D]. 周晶.兰州理工大学 2008
本文编号：2946453
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
输电线路周边地形特征
浙江大学硕士学位论文第三章近地面三维风场模拟19（b）输电铁塔中构件尺寸远小于近地面风场计算尺度，可以忽略塔体结构对于风场计算的影响；（c）所选地形中大部分地貌为树林，地面粗糙度条件可视为一致，对照相关规范，风场模型中地形条件可视作B类。3.3近地面风场计算域的构建以前述拟合得到的地形曲面为基础，构建近地面三维风场模拟计算域，为了保证风场中山体尾流充分发展，在地形曲面周边设置了基于地形曲面最低海拔值的平面以扩宽地形曲面，然后以整体地面为底面进行拉伸，形成近地面风场模拟计算域，计算域整体大小为11500m10000m1400m。为了便于后续对不同风向条件下该区域风场进行分析，在整体计算域中间设置了包含当地地形曲面的圆柱曲面，将整体计算域几何模型分成了内外两部分，其中外几何模型底面为平面，这样仅需要旋转外部计算域即可调整风场模拟的风向，减少了重新构建曲面和计算域几何模型的工作量。图3.3近地面风场几何模型3.4风场计算设置本章通过计算流体力学(CFD)方法研究实际复杂地形条件下的近地面风场特征，计算平台选用Fluent软件。通过Fluent软件进行近地面风场模拟计算需要在软件中进行相应的设置，计算设置总体可见下表。
浙江大学硕士学位论文第四章复杂地形条件下塔线体系风致响应31线点的高度差；x和Z值代表悬链线上每个节点的坐标位置。基于实际线路工程参数，针对塔线体系中的各档的导线计算了各节点的位置，使用LINK10单元连接各导线节点和塔体模型从而建立塔线耦合体系，如图4.3，模型中共有3308个BEAM188梁单元，2400个LINK10杆单元，6848个节点。图4.3塔线耦合体系有限元模型塔线体系中两塔的相对地理位置关系可以参考图4.3，其中塔一为东北侧输电塔，塔二为西南侧输电塔，塔一海拔比塔二高55.8m，两塔之间档距为183.3m，挂线点高度差为54.3m。塔一之前和塔二之后海拔较低，塔一之前档距为255.9m，挂线点高度差为43.9m，塔二之后档距为264.4m，挂线点高度差为101.4m。为了便于后续分析两塔结构响应，对输电塔不同位置的主材进行了编号处理，见图4.3和图4.4，其中1、4号主材为背风侧主材，2、3号主材为迎风侧主材，而塔体前后两侧输电线有着不同的特征，设定输电塔1、2号主材侧导线为塔体前侧输电线，3、4号主材侧导线为塔体后侧输电线。图4.4输电铁塔主材编号4.3模态分析模态分析是分析结构动力特征的重要方法，可用于确定塔线体系中结构动力
【参考文献】：
期刊论文
[1]良态风场与台风风场下输电塔线体系气弹模型风洞试验[J]. 邓洪洲,段成荫,徐海江. 振动与冲击. 2018(08)
[2]台风下输电塔风振响应有限元分析及测试试验[J]. 吴新桥,彭康,耿力,黄增浩,张陵. 应用力学学报. 2018(02)
[3]酒杯型输电铁塔曲臂风荷载风洞试验研究[J]. 杨风利,牛华伟,杨靖波,张宏杰. 振动与冲击. 2017(24)
[4]台风作用下输电塔线体系动力响应分析[J]. 安利强,张志强,黄仁谋,张荣伦,庞松岭,梁成,杨文刚. 振动与冲击. 2017(23)
[5]脉动风激励下格构式输电塔动力特征识别[J]. 杨风利,张宏杰,杨靖波,华旭刚,温青,牛华伟. 振动与冲击. 2017(21)
[6]三维山体的风场特征及对输电塔风致响应的影响[J]. 姚剑锋,沈国辉,楼文娟,郭勇,邢月龙. 振动与冲击. 2017(18)
[7]角钢输电铁塔横担角度风荷载系数取值研究[J]. 杨风利. 工程力学. 2017(04)
[8]基于位移测量的输电塔等效静风荷载研究[J]. 刘慕广,王树彬,谢壮宁,石碧青. 工程力学. 2017(04)
[9]顺风作用下输电塔疲劳可靠度分析[J]. 白海峰,刘兴. 空间结构. 2017(01)
[10]基于塔线体系模型的沿海输电铁塔抗风性能研究[J]. 张志强,安利强,庞松岭,张荣伦. 电力科学与工程. 2016(11)
博士论文
[1]台风作用下高层建筑的风场和风效应原型实测研究[D]. 张传雄.湖南大学 2018
[2]风雨致输电塔线体系动力反应及倒塌分析[D]. 付兴.大连理工大学 2016
[3]输电塔线体系环境荷载致振响应研究[D]. 白海峰.大连理工大学 2007
[4]气固两相自由剪切流动的直接数值模拟和实验研究[D]. 罗坤.浙江大学 2005
硕士论文
[1]输电塔风振响应分析及结构内力计算[D]. 侯亿晖.西南交通大学 2016
[2]输电导线气动力特性及风偏计算研究[D]. 李天昊.浙江大学 2016
[3]基于导线张力信息的架空输电导线舞动分析方法研究[D]. 熊希.华北电力大学 2015
[4]风荷载下大跨越输电塔—线体系振动控制分析[D]. 王骞.山东大学 2014
[5]高压输电塔线体系的风致动力响应分析[D]. 岳培根.郑州大学 2014
[6]山丘地形风场特性及对输电塔的风荷载作用研究[D]. 姚旦.浙江大学 2014
[7]山地地形的近地风场特性研究[D]. 李鑫.重庆大学 2010
[8]基于环境振动模态参数识别随机子空间方法与应用[D]. 周晶.兰州理工大学 2008
本文编号：2946453
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