高雷諾數(shù)下輸電導(dǎo)線流固耦合數(shù)值模擬.pdf

1、在風(fēng)荷載的激勵(lì)下，輸電導(dǎo)線與其周圍空氣之間存在著強(qiáng)烈的耦合作用，并最終可能引發(fā)導(dǎo)線的流固耦合振動(dòng)。輸電導(dǎo)線的振動(dòng)將會(huì)對輸電線路以及電塔結(jié)構(gòu)產(chǎn)生嚴(yán)重的后果。深入系統(tǒng)地研究輸電導(dǎo)線這種大跨、柔性鈍體結(jié)構(gòu)的流固耦合效應(yīng)，具有廣泛的工程實(shí)際意義和學(xué)術(shù)價(jià)值。
　　本文基于CFD數(shù)值計(jì)算方法，通過改變來流速度進(jìn)而改變折減風(fēng)速和雷諾數(shù)值，對處于高雷諾數(shù)下的（覆冰）輸電導(dǎo)線流固耦合振動(dòng)進(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)算，研究均勻來流下輸電導(dǎo)線結(jié)構(gòu)流固耦合振動(dòng)的特點(diǎn)

2、和規(guī)律。本文的研究工作主要包含以下幾個(gè)方面：
　　第一，采用通用 CFD數(shù)值計(jì)算軟件 FLUENT，對不同雷諾數(shù)下光滑圓形截面單柱體的繞流進(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)算。分析了不同雷諾數(shù)下導(dǎo)線的漩渦脫落規(guī)律、氣動(dòng)力系數(shù)特征值規(guī)律，通過與現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)比較，研究了CFD在計(jì)算域、網(wǎng)格劃分方案、時(shí)間步長、邊界條件和湍流模型等參數(shù)設(shè)置對計(jì)算精度的影響。
　　第二，建立了輸電導(dǎo)線流固耦合振動(dòng)的數(shù)值模擬計(jì)算方法。編寫計(jì)算結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)的C語言用戶自定義

3、程序（Newmark-β算法），并實(shí)現(xiàn)與主程序的鏈接，利用分區(qū)劃分網(wǎng)格思想，合理設(shè)置交界面進(jìn)行數(shù)據(jù)交換和傳遞，并利用動(dòng)網(wǎng)格和滑移網(wǎng)格技術(shù)對網(wǎng)格進(jìn)行實(shí)時(shí)更新。實(shí)現(xiàn)基于弱耦合的具有彈性支撐的剛性柱體流固耦合振動(dòng)的數(shù)值模擬計(jì)算。通過改變折減風(fēng)速大小得到處于亞臨界雷諾數(shù)區(qū)光滑輸電導(dǎo)線的流固耦合響應(yīng)，分析了質(zhì)量比分別為2.4和248兩種參數(shù)下的橫向流固耦合振動(dòng)規(guī)律，發(fā)現(xiàn)質(zhì)量比參數(shù)對導(dǎo)線振動(dòng)有一定影響；同時(shí)進(jìn)一步分析了結(jié)構(gòu)的流向自由度對導(dǎo)線橫向振動(dòng)

4、的影響。
　　第三，考慮輸電導(dǎo)線真實(shí)截面形狀具有一定粗糙度的影響，實(shí)現(xiàn)不同雷諾數(shù)下真實(shí)輸電導(dǎo)線截面固定繞流和橫向振動(dòng)的數(shù)值模擬。通過與光滑導(dǎo)線截面以及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，分析了真實(shí)輸電導(dǎo)線截面的氣動(dòng)力系數(shù)以及振幅與理想光滑柱體的異同。
　　第四，采用數(shù)值模擬方法計(jì)算輸電導(dǎo)線覆冰后的流固耦合響應(yīng)。分析了不同來流風(fēng)速的高雷諾數(shù)下D型覆冰導(dǎo)線固定繞流和橫向振動(dòng)。在此基礎(chǔ)上，研究流向以及扭轉(zhuǎn)向自由度對覆冰導(dǎo)線橫向振動(dòng)的位移影響，分析了