输电塔气弹模型气动阻尼试验

为研究气动阻尼对输电塔的风致效应影响,设计了1:40的输电塔气弹模型,分别在B类地貌风场和台风风场中开展了气弹模型的风洞试验,获得了单塔与塔线体系下的风致加速度响应时程数据。综合采用EMD分解、HHT变换与RDT法,识别了输电塔线结构的动力特性与气动阻尼。研究结果表明,该方法能较好地识别结构的动力特性;两类风场下气动阻尼随风速的提高而增大,气动阻尼亦随来流湍流的增大而增大;挂线后结构模态频率降低,气动阻尼与总阻尼增大。     

特高压输电塔气弹模型风洞试验研究

为进一步了解特高压输电塔风振响应的特点,以正在建设的淮南-上海1000kV特高压线路中的一基双回路直线塔为原型,采用离散刚度法制作了输电塔气弹模型,进行了输电塔在紊流场中不同风速、不同风攻角下的气弹模型风洞试验.试验结果表明:输电塔模型的响应随风速的增大而增大;位移响应受风攻角的影响比较明显,在15°风时位移响应最大;各试验工况下,输电塔模型横风向的振动比较显著,X向和Y向的加速度响应处于同一量级且数值比较接近;Y向的加速度响应在0°风时最大,X向的加速度响应在90°风时最大,但任何工况下,输电塔X向的加速度响应均大于Y向的加速度响应.     

高压输电塔线体系风致非线性振动气弹模型风洞试验

基于边界层风洞气弹模型试验的方法,对高压输电塔线耦联体系的风振响应进行了试验研究,首次在风洞中重现了输电塔线体系倒塔破坏现象.研究表明:在紊流风场中,高压输电塔线体系的风致振动呈现较强的非线性振动特征,随风速增加,非线性振动程度加剧,且输电塔结构振动呈现出混沌振动特征;由于输电线与绝缘子振动的影响,塔线体系中输电塔高阶模态的振动非常显著,且随风速增加,高阶模态的能量甚至强于低阶模态的能量;导地线与绝缘子对输电塔结构的影响随风速增加而增强.塔线体系的风振响应计算需考虑高阶模态的影响.结构设计时,需合理考虑大风时导地线与绝缘子的非线性振动对输电塔的影响.     

窄基角钢输电塔风载体型系数数值模拟

为研究基于计算流体动力学(computational fluid dynamics,CFD)数值模拟技术的窄基角钢输电塔整体建模及风载体型系数的合理取值问题,文章利用UG和GAMBIT软件建立了输电塔模型,利用Fluent软件进行了不同风向角下输电塔风载体型系数的计算,讨论了风速、风向对风载体型系数的影响,并与规范值进行了比较。研究发现,参考风速对风载体型系数影响很小;纵向及横向风载体型系数随风向角的变化均先增大后减小,分别在22.5°、67.5°达到最大值;模拟得到的输电塔各段风载体型系数比规范计算结果大20%以上,特别是塔腿和横担部分与规范相差更大。     

不同风场下高层建筑风效应的风洞试验研究

在大气边界层风洞中模拟了C,D两类地貌的风场,对某市区办公楼进行了风洞试验,分析了不同风场下高层建筑风压分布特性、风荷载及风致响应特性.结果表明:C类风场下平均风压系数、总体弯矩系数、最大基底剪力和最大基底弯矩均大于D类风场的对应值;C类风场下办公楼风荷载大于D类风场下办公楼风荷载;C类风场下各测点风压谱峰值对应频率均小于D类风场下各测点风压谱峰值对应频率;C类风场下结构顶部峰值加速度大于D类风场下结构顶部峰值加速度.     

考虑SSI效应的特高压输电塔风致响应试验

为了研究风荷载作用下输电塔-基础-地基耦合效应(SSI效应)对输电塔风致响应的影响,以一座特高压输电塔-基础-地基体系为例,按照离散刚度法设计其气弹模型,采用一个刚性质量块来模拟基础,U型弹簧和阻尼器来模拟地基,对气弹模型进行风洞试验,并研究地基阻尼和刚度对输电塔结构风致响应的影响规律。研究表明:1)考虑SSI效应后,模型的振动衰减要慢于刚性地基模型;同时,随着地基刚度的减小,模型的综合刚度减少且自振周期增大;2)地基刚度的减小会使上部结构位移和加速度响应逐渐增大,对塔脚反力基本没有影响;随着地基阻尼的增大,塔身加速度逐渐减小,但位移和塔脚反力几乎保持不变。因此,在进行输电塔结构设计时应考虑SSI效应的影响。     

输电线路所处复杂地形的风场数值模拟

输电线路在强风尤其是台风作用下极易受损。为了评估线路在台风中的风险,需要确切得知线路中各个位置的风速。采用计算流体力学方法,对台风中受损线路所处的复杂地形进行建模,获得高分辨率的风场信息。使用风速比来评估地形对风场的影响,数值模拟结果显示复杂地形能够显著影响不同区域的风速大小,导致不同的输电塔所受风荷载的巨大差异,从而解释了特定区域发生倒塔事故的原因。     

拉线门塔在下击暴流作用下的响应分析

以某220kV输电线路拉线门塔为工程背景,通过时程响应分析对比研究了拉线门塔在下击暴流与常规B类风场作用下的响应特性.建立了拉线门塔-输电线体系空间有限元模型并进行了动力特性分析,通过风洞试验测试了拉线门塔刚性模型和双分裂导线模型的体型系数,模拟了规范B类风场和下击暴流风场的脉动风荷载时程,采用Newmark-β法分析了拉线门塔在两种风场脉动荷载作用下的响应,并与规范设计荷载等效静力作用下的效应进行了比较.结果表明:拉线门塔在下击暴流作用下,立柱峰值压应力达到600MPa,是常规B类风场作用下的4.6倍;拉线极值拉应力达到1 300 MPa以上,是常规B类风场作用下的2.5倍;且拉线门塔位移响应以导线频率占主要成分的低频响应为主,导线荷载对拉线门塔位移响应影响显著而对其加速度响应影响甚微.比较研究表明,中国规范缺乏下击暴流风荷载的设计条文,但是对杆塔进行常规B类风场作用下的设计取值是合理的,而美国ASCE荷载导则的计算方法会低估下击暴流对拉线门塔的破坏作用.     

输电塔风致响应的时频域计算方法和比较

针对输电塔顺风向风致响应的各种时频域计算方法的适用性问题,以两个典型输电塔为例比较各种方法获得的结果,探讨输电塔的响应特征和各种方法的适用性,为输电塔顺风向风致响应的计算提供参考.研究表明:时频方法和频域的两种方法(完全二项式(CQC)法和背景加共振法)得到的结果非常接近,说明这些方法均适用于求解输电塔结构的风致响应;在频域分析中,模态交叉项的贡献不可忽略;对于较柔的输电塔,只考虑第1阶主参模态会产生较大的误差,须要考虑多阶模态的参与.     

一种高压输电塔在风场中的失稳与加固

首先分析风载荷的数值建模方法,将横担、塔身的风载荷转换成风压,作为输电塔的稳定性分析的载荷;其次,建立一种典型塔型的有限元模型,参考沿海地区的输电线路设计风速,在基本风速为30 m/s的边界条件下,对无加固、塔身第1段和第2段主材局部加固、塔身下部3段主材局部加固3种方案进行稳定性分析.研究结果表明:对下部塔身进行主材局部加固,输电塔的一阶和二阶屈曲系数分别提高4.24和4.79倍,将塔的失稳部位从主材变成辅材,可极大地减小输电塔因主材遭到破坏而发生失稳倒塔的可能性;局部加固是一种有效的提高输电塔抗风灾能力的措施.     

基于物理机制的风力发电高塔系统风场模拟

为了准确确定作用于桨叶和塔体的风荷载,研究了基于物理机制的风力发电高塔系统风场模拟问题.依据随机过程的随机函数描述,提出了基于物理机制的旋转Fourier互谱,有效地考虑了桨叶旋转效应和桨叶上不同点风速之间的相关性.然后,对旋转Fourier谱(随机Fourier谱)作逆Fourier变换,实现了桨叶(塔体)的风场模拟.最后,结合典型的1.25 MW三桨叶变桨距风力发电高塔系统,进行了纵向风速场数值仿真研究.算例表明,该算法可以准确地模拟给定风环境的风力发电高塔系统脉动风速时程.     

江西省高山风场风能资源评价中风切变指数的研究

利用高山风场70 m高度测风塔观测数据,研究江西省高山风场风切指数变化特征。描述及总结了3处高山风场的风切变指数的日变化、月变化、季节变化特征及规律。分析结果表明地形和地表粗糙度是影响江西省高山风场风切变指数的主导因素。该结果能为江西省高山风电场的设计运行提供可靠的参考。     

风力机尾流场的实验研究

为了获得风力机的尾流场信息,同时为大型风力机的尾流场研究提供参考依据,利用轴流式风机提供来流风速,使用皮托管和手持风速仪对无风力机情况和单个小型风力机的尾流场进行测量,获得尾流区域的速度场、压力场以及诱导速度场的分布规律。结果表明:对于无风力机的情况,在同一测量断面处的风速随着半径的增加而逐渐减小;对于有风力机时,在同一测量断面处的风速随着测量半径的增加先增加后逐渐减小;对于不同测量断面,随着测量间距的增加,在同一角度的速度值的变化趋势逐渐变小。通过尾流的诱导速度曲线可以发现,在同一测量断面处的诱导速度随测量半径的增加呈下降趋势,而对于不同截面,同一角度的诱导速度曲线会相互交叉。     

随机风场空间相干性研究

提出了一种描述随机风场空间相干特性的相位差谱模型,可用于大范围随机风场模拟.经典理论中一般采用相干函数来描述空间风场相干特性.研究发现,相干函数只是二阶数值特征,远不能描述两点脉动风速相干特性的丰富概率信息.研究表明,Fourier相位差谱可以对脉动风速时程的相干特性进行全面的描述.基于对影响相位差主要因素的分析,提出了相位差谱的基本模型.通过与实测相位差谱的比较,验证了所提模型的合理性与适用性.应用该模型进行了风场模拟,效果良好.     

台风风场随机参数敏感性分析

在沿海台风多发区域，高耸和长大结构对于台风风速作用非常敏感，故有必要合理估算结构寿命期内可能遭遇的台风极值风速，结合台风气候条件下风速分布模型与Monte-Carlo可靠度分析方法，构建了台风风场随机模型，分析了台风风场风速的分布特点，数值化地再现台风的基本结构．选用1949年至2001年对上海地区有明显作用的75个台风记录，用敏感性分析方法计算了台风风场多个随机参数对于台风极值风速的贡献程度，为台风随机模型的极值风速预测作了必要的准备．     

广东沿海地区风场特征

根据广东沿海地区大气边界层测试资料和气象台站连续５ａ的常规观测资料,分析广东沿海地区边界层风场的基本特征．结果表明：广东沿海地区盛行偏东风,平均风速较大,但静风频率也较高．四季都有海陆风,以珠江口地区出现频率最高．各地近地层盛行风向不同,５００ｍ以上高度盛行风向差异较小．夏季风速随高度增加而增加,冬季随高度呈双峰型分布．大气稳定度以中性Ｄ类为主,地区差异较明显,珠江口附近不稳定类稳定度最小．     

基于小波方法的空间风速场模拟

为克服随时间变化模型基于适应过滤器和窗口估计方法中窗口长度不宜过大,产生的短时时间序列模拟准确性不够高的缺点,应用小波分解方法,结合线性滤波器法的向量过程自回归(AR)模型,给出了模拟空间脉动风场的一种新方法.该方法对于AR模型自回归系数在空间上进行小波扩展,采用最小二乘法来估计AR模型的自回归系数,并给出了该方法模拟空间风速场的实现步骤.将该方法应用于一空间结构的风速场模拟,并给出了模拟结果与目标值的对比,以及与向量过程AR模型模拟结果的对比,结果证实该方法可以减少风速时程分析在频域上的信息损失,对短时时间序列模拟具有较高的准确性,并具有较高的计算效率.     

某低矮模型房屋实测风场和风压的相关性研究

基于台风"菲特"影响下温州某低矮房屋的环境风场实测数据及该建筑物屋盖上的风压实测数据,对于风场特性和屋盖风压特性参数进行了计算分析.分析结果表明:随着平均时距的减小,平均风速最大值增大;湍流度随着平均风速的增大呈逐渐减小的趋势;建筑物屋面及屋面屋脊边缘处的平均风压均为较大的负压且脉动较大;根据风速和风压的变化趋势可以看出,风场风速与建筑物屋盖上风压呈现明显的相关性,进而在不同的时距条件下对风场风速与屋盖风压的相关性进行了分析,发现取5min为基本时距时风速与风压的相关性系数值较高,说明在确定结构的风荷载时取基本时距为5min更为合理.     

扩展VAP对单多普勒雷达径向风的反演及质量控制

利用理想的均匀和涡旋风场模拟了多普勒雷达径向风资料，检验了VAP方法的反演能力，发现VAP方法对均匀风场反演能力很强，而对涡旋风场反演效果较差，分析显示局地均匀风的假定是主要原因．针对该假定过于理想化的特点，结合实际风场提出了扩展VAP方法，模拟资料对比试验表明，扩展VAP方法计算简便，能显著提高雷达径向风的反演质量，反演风场在风速大小和方向上都更合理．实例反演也证明了扩展VAP方法的反演性能，与双多普勒雷达反演结果基本一致．最后还结合气候极值、时空连续性条件对反演结果进行了质量订正，使反演的风场质量得到了进一步提高，为资料的下一步数值应用奠定了基础．     

基于随机Fourier谱的风场仿真

研究了由随机Fourier谱生成具有特定场地风荷载统计特性的样本函数的问题．首先对随机风场模型进行了描述，然后利用谐波合成的方法，在对互随机Fourier谱矩阵进行Cholesky分解的基础上，通过一组余弦函数的和对随机脉动风速场进行了模拟．最后，结合一20层平面框架结构纵向风速场的仿真问题进行了数值仿真研究．算例表明，所提算法可以准确地模拟给定场地特性的脉动风速时程．