三维瞬态风场下覆冰导线舞动响应研究

为研究三维瞬态风场下输电线路舞动响应特性,以覆冰四分裂导线为例,根据三维随机流场生成方法和脉动风速功率谱,逐点模拟覆冰分裂导线周边的脉动风速场,并运用考虑子导线扭转效应的分裂导线舞动非线性有限元法对新月形和D形覆冰输电线路在均匀流场、一维脉动风速场和三维瞬态风场下进行舞动分析,比较了三类流场下导线舞动响应的异同之处,在此基础上讨论风场湍流成分对舞动的影响机制。研究结果表明:三维瞬态风场的脉动特性使得导线在一个振动周期内吸收的能量不再保持恒定,造成舞动响应始终伴随有一定程度的随机振动,舞动幅值无法最终达到稳定状态;同时,风场瞬态效应能提高覆冰导线舞动最大振幅,特别是D形覆冰下能使其提高一倍以上。三维瞬态风场的脉动特性在输电线路设计过程中应引起足够的关注。

筒壳网架在瞬时强风作用下的风振响应分析

2017年8月华北地区某电厂大跨双筒壳干煤棚网架在瞬时强风作用下,结构局部发生倒塌现象。以该工程案例作为研究对象,运用网架结构设计软件STADS,借助Matlab和Fluent平台,对该网架倒塌部位在瞬时强风作用下的风振响应进行了模拟分析。首先基于Matlab平台采用谐波叠加法生成了多点输入的非平稳风速谱,然后运用STADS的转换程序生成Fluent精确的风工程计算模型,其次通过UDF定义将生成的多点输入非平稳脉动来流风引入流场,运用大涡模拟(LES)进行了瞬时强风的瞬态计算,获得了结构表面的风压时程进而转换成节点压力时程,最后返回STADS采用Newmark法进行时程分析,计算得到各点位移时程,进而获得了垮塌部位的位移风振系数。通过STADS转换程序提高了筒壳网架结构瞬态风场模拟效率,深化了非平稳风场下结构风振响应的认识,供此类大跨网架结构抗风设计参考。

考虑气动阻尼效应的输电线路风偏动态分析方法

针对连续多跨输电线路在瞬态风场作用下的风偏问题,提出考虑气动阻尼效应的输电线路风偏动态分析方法。以500 k V三跨线路为对象建立精细化非线性动力学计算模型,用谐波叠加法构建整档线路各点脉动风速场并结合准定常假设模拟作用于输电线路的时变风荷载。考察由输电线路自身运动引起的气动阻尼对动态风偏响应影响,讨论其对绝缘子串风偏角频谱影响。采用美国输电线路设计规范ASCE No.74的气动阻尼进行导线风偏计算,并与所提方法比较。结果表明,输电线路气动阻尼对风偏动态响应影响显著,两种考虑气动阻尼方法计算结果较接近。

下击暴流强风冲击作用下定日镜风压时变特征

为研究下击暴流强风冲击作用下定日镜表面风压变化特征,基于计算流体动力学的方法对下击暴流瞬态风场中不同工作姿态的定日镜表面风压进行数值模拟.结果表明,受到下击暴流形成扩散过程引起的近地面风场变化影响,在下击暴流的冲击作用下定日镜迎风面和背风面风压都表现为先增大后减小的时变特征,背风面比迎风面提前达到压力峰值,且迎风面和背风面瞬时峰值压力均明显大于稳态风场中的相应峰值压力.同一时刻下,定日镜迎风面正压峰值中心随着俯仰角的增大逐渐向上移至镜面中心,风压系数峰值可达1.4,背风面负压峰值中心随俯仰角增大逐渐向两侧水平偏移,风压系数峰值由1.8减小到1.0.在小俯仰角工作姿态下定日镜背风面会遭受更大的负压作用,说明现行的定日镜抗风设计中采用的小俯仰角避险姿态并不完全适用于下击暴流强风作用的状况.

下击暴流冲击作用下定日镜风环境数值模拟

为研究下击暴流冲击作用下定日镜周围的风环境时变特性,文章利用计算流体动力学方法,对处于下击暴流瞬态风场中的定日镜风环境进行数值模拟与分析。结果表明:在下击暴流冲击过程中,定日镜周围环境风速呈现出先增大后减小的趋势,当下击暴流发展到最大强度时达到风速峰值,且风速峰值和谷值区域的范围随着下击暴流的演变先增大后减小;随定日镜俯仰角增大,风速峰值无明显变化,但周围环境风速的峰值和谷值区域范围明显增大,定日镜背后涡的影响范围也逐渐增大;俯仰角对定日镜周围绕流风场的时变特征影响较大。当定日镜处于小俯仰角时,定日镜后方涡的影响范围未发生显著变化,风环境相对稳定;当俯仰角增大,随着下击暴流冲击过程的演变定日镜背后涡数量由一个增加至两个,影响范围先增大后减小,周围环境风场的复杂性提高。当定日镜处于小俯仰角时,镜面上方的高流速区域范围可忽略不计,而下方的狭缝高流速区域范围很大,威胁程度高。