下击暴流风场模拟及其对输电塔线的破坏分析

摘要

下击暴流是一种恶劣天气下的短暂性大风，有着与传统大气边界层近地风不同的风剖面，而且风场特性与地形有明显相关性。下击暴流对输电塔线结构的风致倒塌经常出现，为提高输电塔线结构的抗下击暴流能力，有必要对下击暴流风场进行研究，并模拟其对输电线路的破坏过程。本文基于建立的下击暴流风场模型和110 KV实际输电塔模型，模拟研究了不同地形的下击暴流风场，并将所得风载荷施加于输电塔线模型，分析模拟了塔线结构在下击暴流风场下的力学响应。
　　本文首先建立了不同地形下击暴流模型，采用结构化网格，并利用FLUENT进行计算；接着分析对比了平地、山坡和山体地形下各径向距离的竖直风剖面和不同高度处的径向风剖面，并探讨了坡度对风场的影响；然后建立了110KV实际输电塔模型，根据抛物线理论建立了不同档距的导线、地线模型，并将塔、线模型耦合，得到“两塔三线”有限元计算模型；随后分析了塔、线模型在自重作用下的位移变形，验证了建模的准确性，并根据材料非线性理论，研究了平地地形下击暴流对输电单塔和塔线体系的破坏过程；最后通过改变地形、风向角和档距，分别对比了不同情况下的塔线体系破坏情况。
　　研究结果表明，地形对下击暴流风场影响明显，其中山体地形风速值最大，最大风速出现位置最低，塔线抗风能力最弱；山坡、山体地形坡度越大，最大风速越大，出现位置越低。风向角和档距对塔线的抗风能力也有较大影响，其中斜风对塔线的破坏明显强于90度风，且档距越大，塔线体系抗风能力越弱。

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1 绪论

1.1 课题研究背景和意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文研究的主要内容

2 基于CFD的下击暴流风场模拟

2.1 CFD数值模拟基本理论

2.2 下击暴流风速模型基本理论

2.3 平地地形下击暴流风场模拟

2.4 山坡地形下击暴流风场模拟

2.5 山体地形下击暴流风场模拟

2.6 本章小结

3 输电塔线体系有限元建模

3.1 输电塔有限元模型

3.2 输电线有限元建模

3.3 输电塔线体系在自重载荷下的受力分析

3.4 本章小结

4 输电塔线体系在下击暴流风场中的承载能力分析

4.1 材料非线性问题增量法基本方程

4.2 增量法基本步骤及本文的求解方法

4.3 下击暴流作用于输电塔线体系上的风载荷

4.4 下击暴流对输电塔线结构的破坏分析

4.5 本章小结

5 输电塔线体系承载能力的影响因素分析

5.1 不同地形下击暴流对输电单塔的破坏比较

5.2 不同风向角下击暴流对输电塔线的破坏比较

5.3 不同档距对破坏结果的影响分析

5.4 本章小结

6 结论与展望

6.1 本文总结

6.2 展望

致谢

参考文献