斜风荷载作用下的覆冰输电线舞动分析

摘要

非圆截面的覆冰输电线在风的作用下将产生空气动力，由此将会在导线中产生低频大振幅的自激振动，即为舞动。目前，对于覆冰输电线的研究主要限于垂直风向，而对于斜风向的舞动研究相对较少，只有在桥梁中才有一些研究。对斜风作用下的覆冰输电线进行研究，有助于进行输电线防舞研究，对防止输电线舞动是一种补充。本文通过建立正确的3D模型，采用合适的湍流模型来分析得到斜风作用下覆冰输电线的六分力系数，以此来论证斜风分解法的正确性，并进行斜风作用下覆冰输电线的舞动分析。研究工作主要有以下三个方面：
　　①斜风作用下覆冰输电线三维网格的建立及湍流模型的对比研究。先建立二维网格，考虑加密区首层厚度、加密区厚度、加密区层数、加密区形状及加密条带的影响，对其进行测试，得出正确的网格建立方法并得出合适的湍流模型，进而对k-ε模型及 k-ω模型进行对比研究。最终得出 k-ε模型更优，更适合进行数值模拟的结论。
　　②斜风作用下覆冰输电线的三维数值模拟及斜风分解法的检验。对风向角-50°~50°，采用每10°建立一组风攻角0°~180°（每5°一个）的三维网格，进行三维数值模拟，得出风轴下覆冰输电线的的六分力系数，然后对风向角0°时的六分力系数采用斜风分解法得到其他风向角情况下的六分力系数的斜风分解值，以此与数值模拟得到的六分力系数进行对比研究，对斜风分解法进行检验，结果表明斜风分解法随着风向角的增大，其误差也更大。
　　③斜风作用下覆冰输电线的舞动分析。通过对各风向角下的覆冰输电线的起舞风速及舞动幅值的研究，得到了最不利的位置。结果表明，最不利风向角为±50°，并得出了以下规律：风向角0°~±20°，振幅随风向角绝对值的增大而减小，舞动风速随风向角绝对值的增大而增大，因而危险程度减小；风向角20°~50°及风向角-20°~-50°，振幅随风向角绝对值的增大而增大，舞动风速随风向角绝对值的增大而减小，因而危险程度增大。

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英文摘要

目录

1 绪 论

1.1 研究背景

1.2 国内外研究现状

1.3 湍流模型

1.4 本文的主要研究内容

2 湍流模型对比研究

2.1 计算流体动力学简介

2.2 几何建模

2.3 网格划分

2.4 边界条件选取

2.5 湍流模型选取

2.6 参数设置及其他设置

2.7 网格测试

2.8 湍流模型选取

2.9 本章小结

3 斜风分解法检验

3.1 六分力系数及风攻角和风向角的定义

3.2 三维几何建模

3.3 三维网格划分

3.4 边界条件、湍流模型及参数设置

3.5 斜风分解法检验

3.6 数值模拟值对比

3.7 斜风分解值对比

3.8 本章小结

4 覆冰输电线舞动分析

4.1 曲梁模型

4.2 动力学方程

4.3 非线性分析

4.4 基本原理

4.5 本章小结

5 结论与展望

5.1 主要结论

5.2 未来工作展望

致谢

参考文献

附 录