覆冰導(dǎo)線動(dòng)態(tài)氣動(dòng)力特性研究.pdf

1、輸電導(dǎo)線在凍雨等天氣時(shí)易形成覆冰，一定風(fēng)速下就會(huì)產(chǎn)生低頻、高振幅的自激振動(dòng)，即為舞動(dòng)。導(dǎo)線覆冰后成為非圓截面，導(dǎo)線周圍應(yīng)力場(chǎng)和流場(chǎng)都比較復(fù)雜。對(duì)覆冰導(dǎo)線氣動(dòng)力特性的研究是舞動(dòng)問(wèn)題的關(guān)鍵。獲得氣動(dòng)力特性主要通過(guò)風(fēng)洞試驗(yàn)和數(shù)值模擬，由于覆冰導(dǎo)線舞動(dòng)問(wèn)題的隨機(jī)性，試驗(yàn)耗時(shí)長(zhǎng)且成本高，計(jì)算流體力學(xué)(CFD)方法彌補(bǔ)了風(fēng)洞試驗(yàn)的不足，還具有模擬復(fù)雜流場(chǎng)等優(yōu)點(diǎn)，可用于覆冰導(dǎo)線氣動(dòng)力研究上。
　　目前舞動(dòng)現(xiàn)象的分析一般使用準(zhǔn)靜態(tài)假設(shè)，它是將靜態(tài)

2、模擬或試驗(yàn)獲得的氣動(dòng)力用于動(dòng)態(tài)的覆冰導(dǎo)線舞動(dòng)。由于覆冰導(dǎo)線舞動(dòng)是垂直振動(dòng)與扭振的耦合，實(shí)際的氣動(dòng)力隨時(shí)間等因素時(shí)刻變化，這種準(zhǔn)靜態(tài)假設(shè)并不完全適用，有必要采用動(dòng)態(tài)試驗(yàn)或模擬的方法來(lái)考察覆冰導(dǎo)線的動(dòng)態(tài)氣動(dòng)力系數(shù)。但動(dòng)態(tài)氣動(dòng)力系數(shù)的獲得需要更為復(fù)雜的裝置，且舞動(dòng)時(shí)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)很難確定，特別是大檔距、舞動(dòng)振幅較大時(shí)。本文采用數(shù)值方法，從弱耦合角度出發(fā)，對(duì)流體動(dòng)力學(xué)仿真軟件FLUENT進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，利用用戶自定義函數(shù)UDF對(duì)導(dǎo)線的舞動(dòng)軌跡進(jìn)行編程

3、并結(jié)合動(dòng)網(wǎng)格技術(shù)實(shí)現(xiàn)流固耦合，研究覆冰導(dǎo)線在橫向振動(dòng)下氣動(dòng)力系數(shù)的變化規(guī)律，分析舞動(dòng)振幅、頻率及扭轉(zhuǎn)對(duì)氣動(dòng)力的影響。
　　對(duì)覆冰單導(dǎo)線不同攻角下的靜態(tài)氣動(dòng)力特性進(jìn)行模擬，并與已有的風(fēng)洞試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較，驗(yàn)證數(shù)值模擬的可靠性。基于該計(jì)算模型進(jìn)一步研究覆冰導(dǎo)線在橫向振動(dòng)下的動(dòng)態(tài)氣動(dòng)力特性，分析舞動(dòng)幅值、頻率對(duì)動(dòng)態(tài)氣動(dòng)力的影響，同時(shí)考慮橫向振動(dòng)和扭轉(zhuǎn)振動(dòng)時(shí)，分析動(dòng)態(tài)氣動(dòng)力特性。結(jié)果表明:①動(dòng)、靜氣動(dòng)力系數(shù)的變化規(guī)律基本相同，其中動(dòng)態(tài)阻力

4、系數(shù)大于靜態(tài)值，差距基本相同;動(dòng)態(tài)升力和扭轉(zhuǎn)系數(shù)比較接近，但在兩個(gè)尖峰處相差較大。②阻力、升力系數(shù)隨舞動(dòng)幅值增加明顯增大，特別是升力系數(shù)成倍增大;振動(dòng)頻率增加時(shí)，氣動(dòng)力系數(shù)也隨之增大，但頻率對(duì)動(dòng)態(tài)氣動(dòng)力的影響小于幅值的影響。③扭轉(zhuǎn)振動(dòng)對(duì)動(dòng)態(tài)氣動(dòng)力系數(shù)的大小有一定影響;與只有橫向振動(dòng)的舞動(dòng)相比，動(dòng)態(tài)阻力和升力系數(shù)隨時(shí)間變化更加激烈，且動(dòng)態(tài)阻力系數(shù)的振動(dòng)頻率發(fā)生改變。
　　對(duì)覆冰四分裂導(dǎo)線靜態(tài)和橫向振動(dòng)的動(dòng)態(tài)氣動(dòng)力特性進(jìn)行模擬，并將靜

5、態(tài)模擬結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較。分析了導(dǎo)線尾流對(duì)氣動(dòng)力的影響，研究了舞動(dòng)幅值、頻率以及導(dǎo)線間距對(duì)動(dòng)態(tài)氣動(dòng)力特性的影響。得出以下結(jié)論:①四根子導(dǎo)線在橫向振動(dòng)下的動(dòng)態(tài)氣動(dòng)力系數(shù)均大于靜態(tài)值，二者變化規(guī)律基本相同，迎風(fēng)側(cè)子導(dǎo)線動(dòng)、靜態(tài)的差距比背風(fēng)側(cè)子導(dǎo)線小;動(dòng)態(tài)模擬時(shí)迎風(fēng)側(cè)和背風(fēng)側(cè)的氣動(dòng)力系數(shù)差距比靜態(tài)模擬時(shí)小，但由于尾流的影響背風(fēng)側(cè)子導(dǎo)線動(dòng)態(tài)氣動(dòng)力系數(shù)隨時(shí)間的變化更劇烈;四根子導(dǎo)線之間也會(huì)相互影響。②舞動(dòng)幅值和頻率對(duì)四分裂導(dǎo)線動(dòng)態(tài)氣動(dòng)力系數(shù)的