输电线气动荷载与风致振动研究

发布时间：2023-01-06 10:11

　　架空输电线路朝着超高压、大档距、大截面发展,输电线所受静力、动力风荷载有所增大,精确获取输电线的风荷载是确保输电线路风致安全性的重要前提。大跨越输电线气弹试验中近似以光圆截面制作气弹模型,而且其响应分析对三轴向力及位移响应鲜有涉及。鉴于上述两个问题,本文首先基于CFD方法分析了静止、运动状态的输电线原型和模型状态的气动力特性差异,随后基于全气弹输电线模型风洞试验,研究了输电线的三维气动力、位移的响应特性。本文的工作主要包含以下几个方面:（1）采用Y型网格对输电线绞凸近壁网格进行精细化处理,结合严格的网格、时间步无关性检查,基于二维RANS模型即可准确估计绞线的阻力系数平均值和St数。模型试验中采用等截面光圆圆截面替代绞线截面,可能会降低导线顺风向的平均和脉动荷载及横风向的脉动荷载;由于缩尺导致的雷诺数效应,即使导线缩尺模型能真实模拟表面的绞凸特征,缩尺模型气动力与原型导线间仍存在较大差异。（2）采用二维RANS模型研究了单导线、四分裂线的固定绕流,比较了两类缩尺模型与原型、绞与圆截面间的气动荷载差异,探讨了湍流度、分裂数、缩尺比及风速等因素对输电线气动力特性的影响。两类缩尺模型均高估了... 

【文章页数】：143 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 输电线研究现状
        1.2.1 静力实验研究现状
        1.2.2 静力CFD研究现状
        1.2.3 动力实验研究进展
        1.2.4 动力数值研究进展
    1.3 章节安排
第二章 输电线固定绕流二维CFD适用性分析
    2.1 CFD方法
        2.1.1 CFD求解过程
        2.1.2 CFD方法对湍流的处理
        2.1.3 SST k-ω模型
        2.1.4 Transition SST模型
    2.2 数值模型和参数处理
    2.3 无关性检查
        2.3.1 网格和时间步无关性检查
        2.3.2 边界层网格离散方式的影响
        2.3.3 三维计算域的影响
        2.3.4 绞凸数目的影响
    2.4 CFD结果验证
    2.5 本章小结
第三章 不同因素下输电线气动荷载的CFD研究
    3.1 研究工况
        3.1.1 原型工况
        3.1.2 标准缩尺模型
        3.1.3 折减缩尺模型
    3.2 单导线气动荷载
        3.2.1 各因素对阻力系数C_D的影响
        3.2.2 各因素对阻力系数C_(D,rms)的影响
        3.2.3 各因素对阻力系数C_(L,rms)的影响
        3.2.4 各因素对St数的影响
    3.3 四分裂线气动荷载
        3.3.1 各因素对阻力系数C_D的影响
        3.3.2 各因素对阻力系数C_(D,rms)的影响
        3.3.3 各因素对阻力系数C_(L,rms)的影响
        3.3.4 各因素对St数的影响
    3.4 迎风角对四分裂线气动荷载的影响
        3.4.1 阻力系数C_D
        3.4.2 阻力系数C_(D,rms)(1号子导线)
        3.4.3 升力系数C_(L,rms)(1号子导线)
        3.4.4 斯托罗哈数St
    3.5 本章小结
第四章 运动状态下输电线气动特性CFD模拟
    4.1 运动边界问题的CFD建模
        4.1.1 运动控制方程
        4.1.2 动网格模型
    4.2 输电线自激振动CFD模拟
    4.3 输电线强迫振动CFD模拟
        4.3.1 振幅比的影响
        4.3.2 频率比的影响
    4.4 本章小结
第五章 输电线标准气弹试验响应分析
    5.1 输电线气弹风洞试验设计
        5.1.1 输电线气弹模型设计与制作
        5.1.2 风洞试验
        5.1.3 试验工况
        5.1.4 动力特性测试
    5.2 单导线三轴向力响应分析
        5.2.1 阻力
        5.2.2 升力
        5.2.3 水平张力
    5.3 四分裂线三轴向力响应分析
        5.3.1 阻力
        5.3.2 升力
        5.3.3 水平张力
    5.4 风向角对三轴向力响应的影响
        5.4.1 阻力
        5.4.2 升力
        5.4.3 水平张力
    5.5 三轴向位移响应分析
        5.5.1 湍流度影响
        5.5.2 垂跨比影响
        5.5.3 四分裂线干扰效应
    5.6 本章小结
结论与展望
    1 结论
    2 展望
参考文献
攻读硕士学位期间取得的研究成果
致谢
附件


【参考文献】：
期刊论文
[1]1000kV苏通大跨越输电塔线体系气弹模型的风洞试验研究[J]. 赵爽,晏致涛,李正良,董建尧,钟永力.  中国电机工程学报. 2018(17)
[2]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)
[3]运用修正剪应力输运湍流模型模拟双自由度涡激振动[J]. 倪问池,康庄,张橙,张立健.  上海交通大学学报. 2017(07)
[4]大跨越输电塔-线耦联体系风洞试验气弹模型设计研究[J]. 田连博,王文明,曾玉洁,田利.  工业建筑. 2017(05)
[5]输电导线气动阻尼效应的风洞试验研究[J]. 王述良,梁枢果,邹良浩,汪大海.  振动与冲击. 2016(20)
[6]输电线路覆冰时导线表面形状对碰撞系数的影响[J]. 张暕,何青.  电工技术学报. 2016(13)
[7]基于流固耦合的碳纤维复合芯导线微风振动特性数值分析[J]. 刘晨,芮晓明,姬昆鹏,齐翼.  华北电力大学学报(自然科学版). 2016(02)
[8]基于刚性节段模型风洞试验的输电导线阻力系数研究[J]. 王述良,梁枢果,邹良浩,吴海洋.  湖南大学学报(自然科学版). 2016(03)
[9]基于Transition SST模型的高雷诺数圆柱绕流数值研究[J]. 雷娟棉,谭朝明.  北京航空航天大学学报. 2017(02)
[10]多分裂导线屏蔽效应风洞试验评估[J]. 孙启刚,谢强,任永一,宋卓彦.  国网技术学院学报. 2015(01)

硕士论文
[1]高雷诺数下输电导线流固耦合数值模拟[D]. 刘军.重庆大学 2016
[2]输电线的流固耦合振动数值分析[D]. 宋群群.重庆大学 2014
[3]输电线路涡致振动与尾流效应的数值仿真[D]. 夏莹沛.华北电力大学 2014



本文编号：3728139