架空輸電線微風(fēng)振動強(qiáng)化換熱特性研究.pdf

1、本課題受國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目《熱力耦合場中高壓架空輸電線微風(fēng)振動效應(yīng)與疲勞壽命評估》（批準(zhǔn)號：51578512）的資助。高壓架空輸電是我國電力供應(yīng)的主要模式。隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，用電需求日益激增，用電高峰期電網(wǎng)輸送能力的瓶頸問題日益突出。在保證電網(wǎng)安全運(yùn)行的前提下，對既有高壓輸電線路進(jìn)行擴(kuò)容改造，適當(dāng)提高現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定的高壓輸電導(dǎo)線運(yùn)行溫度，可以增大電力系統(tǒng)穩(wěn)定載流量，從而提高并充分挖掘輸電線路輸送潛力，降低因新建高壓輸電線路而帶來的

2、各種投資成本和社會成本，這對我國經(jīng)濟(jì)和社會的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。
　　在高壓架空輸電線的正常運(yùn)行工作中，載流引起的焦耳熱是輸電線溫升的重要因素，因此，在輸電線與外環(huán)境之間實(shí)現(xiàn)高效快速的熱交換，是保證線路高載流量和穩(wěn)定輸送能力的重要保證。在目前技術(shù)條件下，輸電線與外環(huán)境之間熱交換的主要途徑是導(dǎo)線與外環(huán)境溫差引起的對流散熱（包括自然對流和強(qiáng)制對流）。在強(qiáng)制對流散熱模式下，來流風(fēng)同時(shí)還會引起輸電線的振動，其中，微風(fēng)振動發(fā)生的概率最大

3、，持續(xù)的時(shí)間最長。在以往的研究中，圍繞輸電線風(fēng)致振動問題的研究一直是個(gè)熱點(diǎn)，但是研究重心大都集中在輸電線受力性能的角度上，對于風(fēng)致振動影響輸電線對流散熱性能的研究則相對不足。事實(shí)上，從傳熱學(xué)和電工學(xué)的角度來看，長時(shí)間適度的風(fēng)致振動（如微風(fēng)振動）對輸電線對流散熱有較好的加強(qiáng)作用，因而可以提高線路的穩(wěn)定載流量。因此，從保證線路動態(tài)增容最大載流量，滿足高峰期用電需求功能的角度出發(fā)，深入研究高壓架空輸電線微風(fēng)振動強(qiáng)化換熱特性，具有重要的理論意義

4、和研究價(jià)值，同時(shí)也可以為高壓輸電線路的日常管理維護(hù)提供技術(shù)支持。
　　本文基于計(jì)算流體力學(xué)和結(jié)構(gòu)動力學(xué)的方法，對輸電單導(dǎo)線固定繞流特性以及換熱特性進(jìn)行了研究，采用Fluent動網(wǎng)格技術(shù)以及結(jié)構(gòu)動力學(xué)方法建立了流固耦合的數(shù)學(xué)模型，并將計(jì)算結(jié)果與文獻(xiàn)結(jié)果進(jìn)行對比，驗(yàn)證了本文流固耦合方法的正確性。在上述工作的基礎(chǔ)上，采用流固耦合方法針對單導(dǎo)線和雙分裂導(dǎo)線在不同工況下的氣動力特性、繞流特性、振幅響應(yīng)以及換熱特性進(jìn)行了研究。研究的具體內(nèi)容及

5、結(jié)論如下：
　　第一，首先利用流體力學(xué)軟件Fluent研究了固定單導(dǎo)線氣動特性及微風(fēng)振動時(shí)的換熱特性，在考慮恒熱流以及恒壁溫兩種邊界條件的基礎(chǔ)上，對模擬結(jié)果與文獻(xiàn)實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式進(jìn)行了對比，驗(yàn)證了模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性，擬合了符合實(shí)際導(dǎo)線運(yùn)行環(huán)境下努塞爾數(shù)隨雷諾數(shù)變化的公式。
　　第二，采用Fluent動網(wǎng)格技術(shù)以及結(jié)構(gòu)動力學(xué)方法針對雷諾數(shù)Re=200的單圓柱渦激振動進(jìn)行了數(shù)值模擬，并與文獻(xiàn)結(jié)果對比，驗(yàn)證了本文模擬方法的正確性，在此基礎(chǔ)