准椭圆形覆冰导线气动力特性试验研究

通过刚性节段模型高频天平测力风洞试验,对圆形截面、裸导线截面及6种不同类型的准椭圆形覆冰导线气动力特性进行了研究,讨论了紊流度、风向角、覆冰饱满度、覆冰厚度等因素对导线气动力特性的影响以及准椭圆覆冰导线驰振稳定性的一般规律.结果表明,紊流度的增加使得模型力系数绝对值在一定范围内变小;覆冰形状和风向对导线气动力特性有很大影响;准椭圆形覆冰导线一定风向角范围内存在驰振可能.试验得到的数据和结论可以为这类覆冰导线的风致响应计算及破坏机制的分析提供基础数据.     

覆冰导线的气动力系数预测方法研究与特性分析

为解决风洞试验成本高与耗时长的问题,提出了一种基于机器学习预测气动力系数的研究方法.首先利用风洞试验获得不同参数下的覆冰导线气动力系数,然后通过机器学习构建模型预测了新月形覆冰导线在不同冰厚与风速下的气动力参数,所得各覆冰导线气动力系数随风攻角变化曲线与由风洞试验所得结果规律一致.基于机器学习和风洞试验所得气动系数确定的Den Hartog与Nigol系数随风攻角的变化结果相吻合,表明了机器学习预测方法的可行性.     

不同覆冰状态下导线风致振动响应仿真

为研究动态风载作用下不同覆冰状态下输电导线的动力响应,利用谐波叠加法模拟多点相关的脉动风速时程曲线,得到不同覆冰形式下的风荷载,建立导线有限元模型,对不同覆冰状态下输电导线各特征参数和风速的相关性,并对导线振动特性以及动张力特性进行分析。结果表明：在随机风作用下,不均匀覆冰对风速的相关性最强;相同风速下,覆冰厚度和覆冰形式对导线振动特性影响不大;均匀覆冰时,导线张力峰值在15 mm覆冰时达到最大,张力峰值为69 180.4 N;不均匀覆冰状态下,中央重覆冰对导线张力的影响强于两侧重覆冰。     

角度风作用下多分裂导线的干扰效应和阻力系数

采用风洞试验方法研究角度风作用下多分裂导线的干扰效应和体型系数,对比不同风速和湍流度导线和同直径圆柱的阻力系数,获得不同风向角下多分裂导线的子线和整体的阻力系数,并与规范及他人结果进行对比. 研究表明,高风速下导线的阻力系数比光滑圆柱小13%,说明绞线外形可以减小圆柱的阻力系数;子线之间存在前后遮挡效应时后方子线的阻力系数显著减小,子线间距越小时阻力系数越小;存在显著干扰效应的风向角下多分裂导线的整体阻力系数较小;直径23.94 mm、间距400 mm的多分裂导线阻力系数包络建议值为：1.02（单导线和二分裂）、1.00（四分裂）、0.97（六分裂）、0.93（八分裂）.     

分裂导线覆冰的数值分析与实验研究

建立分裂导线覆冰的计算模型,提出分裂导线覆冰的计算方法,并应用该模型和计算方法计算分裂导线覆冰的质量和形状,分析风向与两导线连线的夹角以及导线间距对覆冰的影响。通过模拟实验对本文提出的模型和计算方法进行实验验证。研究结果表明:对于横向水平风,当2根导线位于同一水平线时,迎风导线背部的遮蔽区导致背风导线的局部碰撞系数、覆冰质量和覆冰厚度均减小,但是随着导线间距增加,减小的程度不断降低,对背风导线覆冰的影响也越来越小。     

特高压新月型覆冰导线气动力特性研究

针对特高压多分裂输电导线的概况,通过风洞试验和FLUENT流体动力学软件,分析了八分裂新月型覆冰导线各子导线在不同风攻角、风速下气动力特性的变化规律,并将模拟结果与风洞实验数据进行了对比分析。同时探讨了阻力系数和升力系数变化规律的内在原因。风洞试验和数值模拟结果都表明风攻角对八分裂覆冰导线子导线气动力特性影响明显,风速对阻力系数的影响较大,对升力系数的影响却并不明显。数值模拟与风洞试验得到的气动力系数基本一致。     

覆冰四分裂导线的气动特性与舞动特性

针对覆冰四分裂导线气动特性、舞动特性研究的缺乏,进行了覆冰四分裂导线风洞试验,并系统地研究了覆冰四分裂导线的舞动特性。首先进行了覆冰四分裂导线风洞试验,得到了覆冰四分裂导线的气动力系数,接着采用等效替代法得到了覆冰四分裂导线中心轴处的等效气动力系数,再结合Den-Hartog横向驰振机理分析了覆冰四分裂导线等效气动力系数的稳定区。基于Hamilton原理,推导了二自由度覆冰导线的舞动方程,并求得了气动力系数的三次拟合曲线一般表达式。根据风洞试验得到的气动力系数,系统地研究了覆冰四分裂导线的舞动特性。结果表明:由于尾流效应的存在,相同材料的子导线的气动力系数却存在明显的差异,因此考虑覆冰四分裂导线中某一根子导线的舞动特性并不能反映覆冰四分裂导线整体的舞动特性;覆冰四分裂导线开始振动时主要以z轴方向的位移为主,随后y轴方向的位移慢慢增加,振动稳定后y轴方向的位移远大于z轴方向的位移,点的运动轨迹近视为椭圆。研究结果有助于防舞、抑舞技术的开发。     

新月形覆冰单导线静气动力特性的无网格数值模拟研究

覆冰导线在风激励下的气动力系数及其随风速攻角的变化规律是导线舞动的关键因素。论文采用基于LBM方法的无网格数值模拟软件Xflow对新月型覆冰单导线的静气动力特性进行研究,特定风速和冰厚条件下的数值模拟结果与文献风洞试验数据的高度吻合,验证了该方法的可靠性和准确性。进而开展的变风速和变冰厚条件下的导线气动力特性系数随攻角变化的规律,也与风洞试验结果呈现出一致的趋势。论文的研究表明,利用Xflow对覆冰导线气动力特性进行研究,不需要对覆冰导线周围的空气流场划分网格,提高了数值模拟的效率,为覆冰导线舞动机理的研究提供了新的、有效的途径。     

覆冰地区分裂与扩径导线表面电场特性

输电线路覆冰对电力系统安全运行具有严重威胁,目前已经发展了多种防冰除冰方法,但每种方法都有其局限性,对于一些具有微气象、微地形特征的重覆冰地区尚未有较好的解决方法。文中考虑到扩径导线的特点和分裂导线输电线路的局限性,根据波阻抗和自然功率将分裂导线等效为单导线,并考虑电流的集肤效应,得到了等效的单根扩径导线,进而分析比较覆冰地区的分裂导线及其等效的单根扩径导线的表面电场特性。研究表明：等效前后导线截面面积相同且波阻抗一致时,扩径导线与分裂导线相比,不仅显著降低了子导线根数和输电线路的覆冰荷载,而且在扩径导线的半径等于分裂导线的等效单导线半径时,扩径导线的表面最大电场强度小于分裂导线。因此,在严重覆冰地区,采用分裂导线等效半径的扩径导线具有非常好的表面电场特性,且可显著降低冰风荷载,提高抗冰强度。     

架空输电线的找形及舞动分析

提出一种高效率的多跨度架空输电线覆冰舞动的简化有限元分析方法.基于有限元程序ANSYS/LS-DYNA,建立用弹簧代替塔对输电线作用的弹簧-输电线模型,给出了考虑初始架线构型和覆冰荷载的混合找形法,利用CFX数值风洞技术对覆冰导线各攻角下气动特性进行CFD数值模拟得出升力系数曲线,进行了多跨度架空输电线的简化舞动分析和有效性验证.基于本方法对1 000kV汉江大跨越架空导线的覆冰舞动进行了仿真计算,得出风速和初始凝冰角控制舞动发生的结论.     

蜻蜓柔性后翅模型的气动效能分析

为探究柔性材料对蜻蜓滑翔时气动特性的影响,通过数值仿真的方法,研究杨氏模量为3800 MPa,泊松比为0.18的三维柔性蜻蜓后翅模型在不同雷诺数和迎角滑翔时的气动效能和气动力作用下的结构变形.结果表明:柔性蜻蜓后翅在气动力的作用下会产生明显的弯曲扭转变形,且变形程度随着雷诺数和迎角的增大而增大,其中该扭转变形会使蜻蜓滑翔的实际迎角减小;由于产生了使迎角减少的扭转变形,使得在迎角为5°～30°滑翔时,升力系数减少了9％ ～45％,失速迎角增大10°以上;小迎角滑翔时,升力系数随速度增大而减小,大迎角滑翔时,升力系数与速度无明显相关性;大迎角滑翔时,在气流分离和柔性蜻蜓翼大角度扭转的作用下,上翼面的负压区向后缘移动,增加了负压区面积,增大了失速迎角,有利于提高蜻蜓飞行时的机动性.可见虽然柔性材料虽然会牺牲蜻蜓滑翔时的气动效能,但有助于蜻蜓高速大迎角飞行,提高了蜻蜓的机动性.     

前掠翼模型低速气动力实验与仿真

基于一种高速前掠翼布局翼身组合体缩比模型,开展低速风洞纵向气动力实验研究,包括与相应后掠翼对比实验和细长边条前掠翼实验,实验攻角-4°～+36°,特征雷诺数4×10₅。结果表明：低速实验条件下,前掠翼升阻力特性与相应后掠翼基本相同,但前掠翼表现出良好大迎角气动性能发展趋势。翼根前加装面积仅为机翼面积5.2%的大后掠细长边条后,前掠翼升力特性明显改善,33°迎角时最大升力系数比基本前掠翼提高约40%。依据模型风洞实验实际条件,采用雷诺时均方程和FLUENT软件,进行前掠翼模型流场气动力数值仿真,仿真计算模型构建合理,能够支持分析风洞实验数据。     

风屏障对流线型箱梁涡振性能影响机理试验研究

为研究风屏障透风率对主梁涡振性能的影响,依托某主跨808 m大跨度钢箱梁悬索桥,通过风洞测振、测压试验得到模型风致振动响应和表面各测点压力时程数据.测试原桥断面在加设风屏障后±5°攻角范围内的涡振性能,对比分析原桥断面和3种不同透风率风屏障以及安装水平分流板5种工况下主梁涡振响应和桥面各测点脉动压力系数均值、根方差;同时分析局部气动力与总体气动力的相关性和贡献作用.研究结果表明,原断面在+5°攻角下发生了多区间竖弯涡激振动,且涡振振幅远超规范允许值.安装不同透风率的风屏障后对主梁的涡激共振产生了有利的影响,消除了主梁原断面在低风速区间的涡振,最大振幅也有一定的减小.根据测得的压力数据分析,带风屏障主梁上表面中后部压力脉动减弱及局部气动力与总体气动力贡献系数减小使得主梁振幅有了小幅减小;在主梁风嘴处添加水平分流板后,局部气动力与总体气动力的相关性被完全破坏,压力脉动减弱,从而有效地抑制了主梁在该情况下的涡振.     

随机风场下紧凑型线路非同期摇摆仿真分析

基于FLUENT软件分析了迎风相导线对背风相导线的风压屏蔽作用,获得了迎风相和背风相导线各子导线的风阻系数。利用ABAQUS建立了500 kV紧凑型线路的单档有限元模型,模拟了随机风场下导线的非同期摇摆过程,研究了紧凑型线路的非同期摇摆特性及相间最小距离。研究结果表明,水平布置的两相导线易在非同期摇摆时出现相间距离过小问题,且相间最小距离主要出现在导线弧垂最低点附近。根据研究结果提出了基于相间间隔棒的不同布置及相间-相地间隔棒混合布置的紧凑型线路非同期摇摆防治措施,并对提出的各方案进行了防治效果评估,给出了紧凑型线路风偏/非同期摇摆防治建议。     

双幅桥面桥梁三分力系数气动干扰效应试验研究

针对大跨度双幅桥面桥梁三分力系数的气动干扰问题,采用风洞试验方法对某在建大跨度双幅桥面桥梁的气动干扰效应进行研究.分别改变双幅桥面间距、风攻角参数来研究其对双幅桥面三分力系数气动干扰效应的影响.研究显示,双幅桥面桥梁三分力系数的气动干扰效应主要表现为:下游桥面阻力系数的降低,上游桥面桥梁阻力系数与单幅桥面相比略有降低;上、下游桥面的升力系数和升力矩系数也存在一定的气动干扰效应,但相对而言影响较小,其影响可以忽略.     

空间结构的气动稳定性分析

空间网壳及索膜结构由于外观形状复杂，结构的振动也不是以单一振型为主，因此传统的节段模型气动稳定性判别式不再适用，根据大跨空间结构的特点，考虑弛振临界风速与相应来流攻角的关系，并同时考虑了侧向气动力以及侧向气动力与竖向气动力的相互作用，推导了采用体型系数而不是升力系数和阻力系数表示的临界风速判别式，通过算例结果分析表明，如果忽略来流攻角和侧向气动力，对大跨空间结构的驰振临界风速有较大的影响。