扇形覆冰导线气动力特性及驰振不稳定性研究

采用刚性节段模型高频天平测力风洞试验测试了不同紊流度下的8种扇形覆冰导线气动力,依据DenH-artog驰振机理分析了扇形覆冰导线的横风向驰振不稳定性,讨论了覆冰厚度、覆冰角度、紊流度对平均气动力特性及横风向驰振不稳定性的影响。结果表明:覆冰厚度的增大增强了气动升力,不同覆冰角度模型平均气动力系数随风向角的变化规律差别较大,紊流度的增高有助于减小覆冰导线承受的平均气动力;8种扇形覆冰导线在不同风向角下均有发生横风向驰振的可能,覆冰角度对驰振不稳定风向角位置及范围有较大影响,紊流度的增加提高了可能的驰振临界风速,因此高紊流度对驰振有一定的抑制作用。

扇形覆冰导线舞动的力学模型分析与仿真模拟

针对扇形覆冰导线的舞动问题,以中山口某输电线路覆冰导线舞动为例,应用龙格-库塔法在Matlab仿真软件中对扇形覆冰导线舞动模型进行了非线性数值求解和数值模拟分析,并假设输电线路的档间舞动为驻波,分析了气动力与导线扭转振动速度的耦合,提出了扇形覆冰导线舞动的三自由度舞动方程。结果表明,当扇形覆冰导线的扭转频率与横风向频率接近时扭转舞动激发横风向舞动,符合Nigol舞动机理,相同条件下扇形覆冰导线的舞动幅度比新月形覆冰导线大,数值模拟舞动振幅与实测结果相符,为扇形覆冰导线舞动机理的研究提供了参考。

扇形覆冰特高压八分裂导线舞动特性分析

考虑到重冰区的特高压输电线路更容易形成接近扇形的覆冰,结合风洞实验及数值模拟方法研究了扇形覆冰八分裂导线的舞动特征。通过扇形覆冰八分裂输电线的节段模型风洞实验,获得各覆冰子导线随风攻角变化的气动参数。在ABAQUS软件中建立单档扇形覆冰八分裂输电线路的有限元模型,通过程序UEL输入各覆冰子导线的气动参数,根据数值模拟结果可获得舞动轨迹及振幅等舞动特征,最后讨论了风速、档距和初始风攻角对八分裂导线舞动特征的影响。

三维扇形覆冰单索及串列双索风致振动及尾流驰振分析

斜拉索偏心覆冰后,气动外形不再稳定,在风荷载作用下,可能诱发驰振。主要对三维扇形覆冰斜拉索以及串列双索尾流驰振进行研究。首先应用FLUENT中的SST k-ω模型对三维扇形覆冰斜拉索及串列双索的绕流场进行数值模拟,得到全向角下的阻力系数、升力系数及驰振力系数,然后依此判定覆冰斜拉索是否发生驰振,并得到某大跨斜拉桥部分斜拉索的驰振临界风速。数值分析结果表明,经过三维模拟计算的扇形覆冰直索及斜索的驰振力系数均大于零,表明在模拟的工况下,扇形覆冰单索在风荷载作用下不会发生驰振;而串列双索会在40°左右存在驰振力系数小于零的区域,会发生尾流驰振,但驰振临界风速很小。

拉索间距及覆冰对双索尾流驰振的影响

利用FLUENT中的SST模型对不同索距的扇形覆冰双索和无覆冰双索绕流场进行三维数值模拟,得到下游索在0°~90°风攻角下的阻力系数、升力系数以及驰振力系数,进而研究两索之间的距离、风攻角及有无覆冰等条件对双索尾流驰振稳定性的影响。结果表明:覆冰双索三维数值模拟结果与无覆冰双索三维数值模拟结果差异较大;覆冰双索比无覆冰双索更易发生尾流驰振失稳;拉索间距越近,发生尾流驰振的可能性更大,当覆冰拉索间距超过一定范围时,不会发生尾流驰振失稳;双索发生尾流驰振的风攻角范围与拉索之间的距离有关,拉索间距越近,发生尾流驰振失稳的风攻角越小;不同间距双索的绕流场存在很大差异,当拉索间距较近时,类似于单钝体绕流。