覆冰導線舞動風洞試驗及數(shù)值模擬研究.pdf

1、輸電導線的舞動是覆冰導線在風致作用下引起了低頻、高振幅的振動，對輸電塔線造成嚴重的破壞，直接影響電網(wǎng)的運行安全。輸電導線在不同的氣候條件下會形成不同的覆冰截面，其中新月形覆冰截面是一種典型的覆冰截面。本文以新月形覆冰截面導線為研究對象，通過風洞試驗和數(shù)值模擬分析新月形截面的氣動力特性和舞動機理，為新月形覆冰截面的舞動防治提供理論基礎。
　　本文的研究內(nèi)容如下：
　　首先，基于數(shù)值模擬研究了新月形覆冰導線在不同風攻角下的氣動力

2、特性，結(jié)合Den Hartog垂直舞動機理和Nigol扭轉(zhuǎn)誘發(fā)機理分析了覆冰導線在不同風攻角下的舞動穩(wěn)定特性，結(jié)果表明，在部分風攻角區(qū)域，覆冰導線在豎向和扭轉(zhuǎn)方向形成氣動負阻尼，容易引起導線舞動。同時，結(jié)合PIV技術，分析了新月形覆冰導線節(jié)段模型在不同風攻角下的流場信息。結(jié)果表明，覆冰導線的流動分離位置、尾流漩渦積分尺度和脫落頻率隨風攻角的不同而發(fā)生變化。
　　然后，進行新月形覆冰導線氣彈性模型風洞試驗，研究了覆冰導線在不同風速和

3、風攻角下的豎向、橫向和扭轉(zhuǎn)方向的振動特性及其頻譜特性。試驗表明，覆冰導線舞動可分為豎向舞動和豎向-扭轉(zhuǎn)耦合舞動。豎向舞動是由于覆冰導線在豎向存在氣動負阻尼而產(chǎn)生的豎向自激振動，一般只在少數(shù)風攻角和特定風速下發(fā)生。豎向-扭轉(zhuǎn)舞動則是由于結(jié)構(gòu)在扭轉(zhuǎn)方向形成氣動負阻尼而產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)自激振動，并通過扭轉(zhuǎn)-豎向耦合力和扭轉(zhuǎn)-橫向耦合力作用不斷地向豎向和橫向振動輸入能量，從而引起覆冰導線的舞動。覆冰導線在豎向或扭轉(zhuǎn)方向形成氣動負阻尼是導線發(fā)生舞動的必

4、要條件，并且舞動穩(wěn)定后三個方向的振動頻率都與形成自激振動方向的振動頻率相同。
　　最后，進行新月形覆冰導線舞動過程的數(shù)值模擬，研究了不同風速下覆冰導線氣動負阻尼的變化規(guī)律。結(jié)果表明，覆冰導線在橫向不會產(chǎn)生氣動負阻尼，而豎向和扭轉(zhuǎn)方向在部分風攻角下會產(chǎn)生氣動負阻尼。當結(jié)構(gòu)氣動負阻尼大于結(jié)構(gòu)固有阻尼時，覆冰導線形成發(fā)散的自激振動。當覆冰導線同時發(fā)生豎向和扭轉(zhuǎn)方向氣動發(fā)散時，扭轉(zhuǎn)位移發(fā)散會改變覆冰導線的風攻角，從而改變豎向和扭轉(zhuǎn)方向的氣