上扬风加速效应对输电线路风偏响应的影响

山体阻塞和导流引起的上扬风对位于山体上坡或山体顶部的绝缘子串、导线风偏响应有较大影响。基于CFD(计算流体力学)数值模拟技术,对不同来流风场、不同山体坡度和不同山体高度条件下的概化山体周边流场进行数值模拟,分析了各种风速加速比的变化规律,计算得到了绝缘子串、导线的风偏响应。研究结果表明:随着山体高度的增加,绝缘子串、导线风偏响应呈增大趋势,当监测点在0.8倍山体高度以上时风偏响应已大于规范值;随着山体坡度的增大,绝缘子串、导线风偏响应亦呈增大趋势,且其增大幅度较大。

基于LBM的典型建筑布局树木风环境模拟

在建筑方案设计阶段定量评估景观绿植对建筑风环境影响,对于提高行人区域热舒适性具有重要实践意义。结合格子玻尔兹曼计算流体力学方法和多孔介质模型,开展了边界层流场-建筑-树木耦合模拟和关键参数验证,针对城市街道区域典型矩形建筑平面布局存在的风速加速现象,开展树木挡风效应分析。研究结果表明:模拟方法能够重现出与试验吻合一致的树木尾流区平均风速和湍流特征;基于不同阻力系数的树木透孔率对树木背风区下游1H~3H范围内挡风效应影响明显;基于等效原则提出的圆柱体简化模型能够计算出与树木原型一致的挡风效应变化规律;建筑两侧和迎风端布置合理间距的树木能够减小矩形建筑两侧风速加速比和加速区域面积,可以通过经济合理的树木布置方案实现建筑周围风环境舒适度优化和通风廊道畅通。研究成果可应用于景观植被风环境优化设计,为方案设计阶段绿色建筑自然通风评估提供新的计算参考。

近海V形山谷地形输电线路的风场仿真与风灾事故分析

山地风场的复杂多变性是造成山区输电线路风灾事故频发的重要原因。本文采用CFD数值仿真技术对不同风向角下典型的近海V形山谷地形下的输电线路风场进行了仿真。基于雷诺时均模型(RANS)仿真方法比较了半径分别为3 km、5 km和8 km三种尺度地形下风场计算结果的差异。针对事故塔位的不利风向工况,进一步采用大涡模拟(LES)技术对风场进行了补充分析,并比较了其与RANS计算结果的差异。在此基础上,分析了线路发生跳线风偏放电事故的原因。研究结果表明V形山谷两侧山脉上不利的风速加速效应出现在山脊线的迎风前端,其在东、西两侧山脉的最大水平风速加速比可达1.23和1.65,而最大竖向风速比可达0.45和0.30。山腰位置处塔在背风向下可能受到显著的下沉气流作用。山谷中心位置处风速加速效应不明显且可能在某些风向下存在衰减。不同尺度地形仿真结果的比较表明,5 km半径的中尺度地形与大尺度地形仿真结果较为一致,而采用3 km小尺度地形可能会产生明显误差。LES模拟的平均风剖结果比对应的RANS结果略偏大。地形的影响会导致事故塔位处的水平极值风速相比来流极值风增大13%,同时产生相当于0.2倍来流风速的竖向风。仿真显示,在不利风向下事故塔位处存在明显的水平风速加速和竖向风速,从而造成跳线风偏事故的发生。

微地形影响下铁塔设计优化

福建省山地地貌复杂多样,山地环境下微地形对输电铁塔设计有着显著影响。结合福厦特高压线路工程,辨识微地形塔位,采用CFD仿真分析求解微地形作用下的设计风速,对比分析微地形对铁塔受力及塔重影响,提出铁塔设计优化方案。

基于LBM-LES的不同尺度城市街区模型风环境对比分析

基于格子玻尔兹曼-大涡模拟方法开展了不同尺度城市建筑群街区风环境非稳态数值模拟分析。首先对标风洞试验开展了理想街区模型网格划分方案和模拟参数验证分析探讨,然后针对实际街区风环境模拟案例开展了不同风气候条件下周围建筑干扰作用对比分析,采用不同舒适度指标开展平均风和强风条件风环境评价。研究结果表明:1)总结的LBM-LES模拟方案能够高效重现出与风洞试验一致的多风向角下行人平均风速分布特征,平均相对误差为15%;2)周边建筑对不同季节街区风环境影响差异较大,夏季工况下周围建筑干扰作用会明显增加风速加速比一倍以上,而冬季工况下周围建筑尺度会阻挡来流风速,建议考虑足够大街区模型进行敏感性分析;3)引入等效风速综合考虑平均风和阵风影响,建筑周围特征湍流明显不利于冬季风环境舒适性。研究成果为实际复杂街区风环境评估和优化提供新的高效模拟技术方案和结论参考。

台风与微地形综合影响下的500 kV输电铁塔倒塌分析

研究了台风“莫兰蒂”过境厦门时,500 kV漳泉Ⅱ路输电铁塔在风速、风向、微地形风速加速比三者共同作用下的受力状态与倒塌成因。基于历史气象数据和铁塔破坏形态,确定了最有可能导致铁塔倒塌的风速、风向输入条件;基于CFD仿真分析,确定了倒塔塔位处24个风向角下的风速加速比,分析了两个符合现场破坏形态的风向角下铁塔主材、斜材应力,明确了输电铁塔破坏形态同风速、风向和风速加速比的内在联系,指出了福建沿海高电压等级输电线路抗台风设计时,也应当综合考虑风速、风向以及山区微地形广泛存在的风速加速比的影响。