机械展开式再入飞行器柔性面材料力学性能仿真

针对中国未来地球再入及深空探测的任务需求,开展了机械展开式再入飞行器的研究。文章基于机械展开式再入飞行器的结构特点,采用时空守恒元解元方法,建立三维非定常环境下机械展开式再入飞行器气动面的流固耦合数值模型。主要针对柔性面材料的弹性模量进行对比仿真计算,分析柔性面的变形及应力情况。通过对比分析得到:飞行器背部产生较明显的涡,起到抑制柔性面变形的作用;柔性面变材料的弹性模量的适用范围,当弹性模量为50GPa左右时满足使用要求;柔性面变形和应力的分布及大小,最大变形位置位于柔性面边缘,柔性面中部形成向内的凹陷,且其最大变量形略小于边缘变形量;文章讨论了柔性面厚度对变形量变的影响。文章结果为柔性面的气动特性及气动加热分析提供基础,也为柔性面的工程研制提供参考。

基于柔性面状导电材料的油气管道绝缘层防护研究

针对临近杆塔接地网的管道过电压及防护问题,首先建立了临近管道处的接地杂散电流仿真模型;其次,研究了不同管道距离和不同土壤电阻率条件下,接地体迫近管道时对管道电位和绝缘层耐压幅值的影响;然后,针对新型柔性面状导电材料和传统金属接地材料的接地散流特性进行对比分析;最后,提出了基于柔性面状导电材料的管道绝缘层防护方法并分析了其实用性。仿真结果表明:管道绝缘层耐受电压受散流间距、土质条件等因素的影响,并基本呈现线性关系;高频电流作用下,柔性面状导电材料有效散流长度明显优于传统金属镀锌钢,采用柔性面状导电材料进行换向散流可有效降低管道过电压,在换向散流接地体的有效散流长度内,尽可能增大换向散流接地体的长度,实现电力杆塔接地和油气管道绝缘层防护的平衡。

输电线路混凝土基础自然接地降阻策略

提高杆塔基础的散流特性能够有效降低杆塔接地电阻,并且减少二次人工接地成本,目前对杆塔基础接地有待开展深入研究。本文利用有限元仿真软件COMSOL,搭建单桩式混凝土基础和多桩式混凝土基础,提出基于柔性面状复合接地材料的全敷、下半敷、居上、居中、居下等5种塔基外敷降阻方法,并进行了模拟试验以验证其降阻效率。研究了外敷半径、塔基深度和地下水层位置对接地电阻的影响,比较了含水层对电流密度分布的影响,以及3种多桩式降阻方案对地面电位和电流密度的影响。仿真计算结果表明:增大外敷半径和塔基深度有利于提高降阻效率。逐桩外敷降阻效率从大到小依次为全敷、下半敷、居下、居中、居上。含水层降低了基础的接地电阻,且含水层距地表较近时,降阻效果较明显。电压等级较高的多桩式基础采用外敷降阻时,环包外敷降阻效率高于逐桩外敷。本文研究结论可为实际输电线路设计与防雷接地施工提供参考。

金属管道附近电力杆塔混凝土桩基散流优化研究

“综合能源共用走廊”的出现使得油气金属管道与电力线路并行的现象越来越多,临近电力杆塔的金属管道易受到高幅值雷击杂散电流的破坏,管道破损甚至燃烧、爆炸的事故屡有发生,研究金属管道的防损防爆措施尤为重要。针对临近金属管道的电力杆塔混凝土桩基的散流问题,提出一种杆塔混凝土桩基外敷导电材料的防护措施。采用有限元软件COMSOL Multiphysics建立杆塔桩基散流模型,针对不同“管-塔”间距、外敷半径与面积等影响因素进行仿真计算分析,研究了单桩基外敷散流对管道电位、绝缘层耐压幅值以及接地电阻的影响。仿真结果表明:增大“管-塔”间距会使管道电压数值减小;增加桩基导电材料的外敷半径能减小管道过电压,降低接地电阻;而其外敷面积增大可减小接地电阻,降低管道过电压。本文相关研究和结论可为金属管道与临近杆塔的设计与施工提供参考。