覆冰导线任意方向驰振分析方法

在分析传统单自由度驰振激发机理的基础上,推导任意风向作用下覆冰导线在任意振动方向的单自由度驰振判别式,从理论上证明顺风向驰振发生的可能性.分别运用DenHartog,Nigol判别式和上述判别式,分析风洞试验得到的准椭圆形覆冰导线模型气动力,判断准椭圆形覆冰导线发生驰振的可能性.结果表明,对覆冰导线,该方法不仅可得到可能发生驰振的风向,还可判断可能发生驰振的振动方向.     

两种典型覆冰导线气动力特性及稳定性分析

通过节段模型高频天平测力风洞试验,计算了准椭圆形和扇形两种代表性覆冰导线的气动力系数均值、均方根值.基于准定常假设对试验模型的单自由度驰振可能性进行了分析.所得结果为研究类似截面形状覆冰导线的气动特性提供了参考,为进一步计算覆冰导线响应提供了基础数据.     

1520mm2大截面两分裂新月形覆冰导线空气动力特性试验研究

通过风洞试验的方法研究了1 520 mm~2大截面两分裂覆冰导线各子导线的静态气动三分力系数随不同分裂间距、不同覆冰厚度、不同风速及攻角下的变化规律。试验模型采用实际导线加工而成,具有实际导线的粗糙表明。试验结果表明:在攻角为0°~20°范围内,受尾流干扰的影响,下风向导线的CD系数要小于上风向子导线的CD系数。总体而言,试验范围内分裂间距对覆冰导线的气动力影响不明显;在重覆冰情况下导线的升力CL曲线和力矩CM曲线在攻角为0°~30°范围内会形成一种"突峰"现象;下游子导线在重覆冰情况下的抗风安全性问题值得关注;风速对大截面覆冰导线的力矩CM系数有较明显的影响。     

特大覆冰导线气动力特性测试

针对驰振发生时的特大厚度覆冰进行覆冰导线模型的风洞测试,试验结果表明,两种特大厚度冰型的覆冰导线在10－18m/s风速下的气动力曲线相似,双导线试验有尾流影响时的下风导线气动力幅度显著低于单导线的情形,试验冰型兼有扇形和新月形冰型的气动力负阻尼特点,有可能在扇形和新月形两类冰型的气动分析基础上进行一般覆冰导线防驰振技术的研究。     

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。     

覆冰斜拉索气动力的试验与数值研究

斜拉桥拉索表面形成的覆冰可能会使斜拉索发生不稳定的驰振振动.首先,制作了6种覆冰截面的拉索模型,几何缩尺比为1∶1;然后,进行了静力天平测力风洞试验,得到了6种覆冰截面的平均升力系数和平均阻力系数,并给出了驰振力系数;最后,采用Fluent软件模拟了2种覆冰截面的绕流情况,并给出了平均升力系数.结果表明:上述6种覆冰截面的驰振力系数均远小于零,存在发生驰振的可能性;CFD模拟得到的平均升力系数与试验结果吻合较好.     

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。     

覆冰导线绕流的数值模拟

利用采用高阶有限差分的迎风格式,从探讨网格模型与计算结果之间的关系入手,通过数值计算模拟了新月形冰型的覆冰导线模型在不同攻角下的阻力系数、升力系数以及斯特鲁哈尔系数的变化规律,并与高雷诺数试验结果进行了对照分析。在一定程度上,数值结果反映了新月形冰型的覆冰导线模型气动力特性。     

方形截面高层建筑间气动干扰对其驰振稳定性的影响

基于高频天平测力风洞试验技术,在4种模拟风场中对干扰建筑处于36个不同位置时方形截面超高层建筑的基底弯矩进行了测量,分析得到了驰振力系数和驰振临界风速,讨论了风场特性和干扰效应对它们的影响.研究结果表明,无周边建筑的干扰时,方形截面超高层建筑的驰振仅可能发生在风向与建筑体轴之间的夹角小于16°的情况,在有湍流的风场下,0°风向角附近时,发生驰振的可能性最大;当干扰建筑位于目标建筑上游正前方时,目标建筑的在0°风向角时的驰振可能性受到明显的抑制;在湍流风场下,干扰建筑仅处于少数干扰位置时会使目标建筑在0°风向角时的驰振不稳定性有所增大.     

架空输电线舞动的临界风速研究

结合舞动自身特性,研究了输电导线舞动的单自由度模型,给出了建立单自由度模型的一般方法,采用精确的相对风速表达式研究了舞动的单自由度模型,推导了起舞的临界风速解析表达式,分析了影响舞动临界风速的因素.结果表明:影响临界风速的因素有单位长度上覆冰导线的质量、阻尼、初始攻角、气动力系数、空气的密度以及覆冰导线的有效受风长度,其中空气密度是常量,为预防和抑制导线舞动提供参考.     

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）.     

考虑电磁力影响的四分裂导线舞动

导线舞动是输电线路的一种低频、长时间的流固耦合现象。舞动通常会造成线路的严重破坏,特别是在高压多分裂导线架空输电线路,舞动现象会更加复杂。虽然现有研究已经提出了一些简化的导线舞动理论;但输电线路的舞动行为仍然需要进一步分析,这主要取决于线路运行工况的细化分析。采用精细有限元法计算了四分裂导线间的电磁力,得到了一种考虑电磁力影响的四分裂导线舞动数值模拟方法。此外,重点研究了电流强度对典型四分裂输电导线舞动特性的影响,包括舞动轨迹、频率、舞动模式和振幅。同时,进一步分析了在不同档距和风速下,考虑电磁力影响的四分裂输电导线舞动特征。结果表明,电磁力对线路的导线舞动行为有明显的影响。因此,有必要考虑导线舞动过程中的电磁力影响。     

多尺度法与平均法对新月形覆冰导线舞动特性的影响

为研究多尺度法与平均法对新月形覆冰导线舞动特性的影响，首先进行了覆冰单导线风洞试验，得到了覆冰单导线的气动力系数，接着建立了单档覆冰导线数学模型，推导了覆冰导线的舞动方程，再结合风洞试验所得的气动系数研究了覆冰导线的舞动特性。应用多尺度法研究导线的舞动特性，接着再应用平均法研究导线的舞动特性，最后对比两种定量分析方法对导线舞动特性的影响。结果表明：多尺度法与平均法所得的位移时程曲线基本吻合，相平面图基本重合；多尺度法计算过程繁杂，平均法计算过程简单。可见对于单自由度覆冰导线的舞动特性研究平均法应首选。     

基于S-A模型的覆冰输电线绕流数值分析

基于Spalart-Allmaras湍流模型(S-A模型)封闭的雷诺平均N-S方程,采用沿均匀流线的三阶Runge-Kutta法和Galerkin法分别进行时间和空间离散,得到了湍流方程的有限元格式。采用自编Matlab程序,数值模拟了不同风攻角下覆冰输电线绕流问题,得到了覆冰输电线绕流瞬态和时均流场、气动力系数时程曲线和平均气动力系数随风攻角的变化关系,并与试验结果进行对比,验证了该算法的有效性。基于流场演化和平均压力分布,分析表明风攻角变化引起的边界层分离点转移是产生升力系数尖峰突跳现象的主要原因。     

覆冰导线舞动数值仿真分析

利用ABAQUS有限元分析软件,通过欧拉梁单元的自由度释放和设置材料为不可压缩,模拟得到具有扭转自由度的覆冰导线的索单元,进一步利用用户自定义单元模拟覆冰导线所受的阻力、升力和扭矩空气动力载荷,分析了覆冰导线的舞动现象,并通过覆冰单导线与覆冰双分裂导线舞动模拟算例验证了方法的正确性。模拟研究了覆冰初始攻角、线路档距和导线初始张力等因素对覆冰导线舞动的影响规律。所得结果对覆冰导线舞动和防舞技术的研究具有一定的参考价值。     

多分裂导线风压阻力系数分析

通过风洞试验测试获得在不同风速和风攻角下四分裂导线的风压阻力系数,同时采用数值模拟方法计算得到与试验模型对应的导线阻力系数,试验和数值结果较吻合.进而利用数值方法对八分裂和六分裂导线的绕流问题进行模拟,得到不同风速和风攻角下分裂导线的阻力系数.与我国现行标准和IEC标准中导线风荷载计算方法进行比较,表明在计算多分裂导线的风压时,其阻力系数按国内现行标准取值可能偏大而过于保守,有必要进一步通过理论和风洞试验研究后进行调整.