微地形条件下输电线路风载荷研究

摘要

架空输电线路作为电能运送的重要载体，其安全可靠运行对当地的发展以及各项事业都有十分重大的作用。然而由于架空输电线路本身的高柔度、轻质量以及小阻尼的特性，对风荷载具有很强的敏感性，难以逃脱风荷载对其的影响，所以风荷载是架空输电线路设计中的主控荷载。尤其是在一些复杂地形下，当空气流过微地形时，近地面附近的风速风压将会改变，风场也会随之发生变化，其对输电线路造成的影响也难以判断。因此，研究垭口微地形的风场分布特点以及风场随不同山丘坡度和不同山丘间距的变化规律，对垭口等复杂地形下输电线路走线的合理选址及抗风设计均有重要意义。 为了研究微地形条件下输电线路的风荷载，为架空输电线路在该地区的设计提供更为科学的理论依据，本文展开了以下研究工作：， 首先，以风场数值模拟理论为基础，针对微地形问题，通过建立典型微地形地貌模型，研究微地形的相关理论通过ANSYS/FLUENT软件对典型垭口地形的三维等效模型进行风流场分析计算，研究山丘坡度和山丘间距对于风场的影响。 随后，建立不同地形参数下的垭口地形数学模型，通过软件数值模拟，得到垭口地形下的风场分布规律，并且确定了垭口微地形修正系数。然后提取FLUENT软件中模拟得到风场风速。 结合上述所计算出的风场风速，通过ANSYS软件建立杆塔模型并且进行风速加载，再进行有限元分析研究输电杆塔的风荷载效应。文中通过与设计规范进行对比增强了本文研究的可靠性。本文的研究为经过复杂地形的输电线路设计提供一些理论依据和研究思路。

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第1章 绪论

1.1 论文背景

1.2 微地形风场研究现状

1.2.1 微地形风场的主要研究方法

1.2.2 垭口地形风场的主要研究方向

1.2.3 现有规范对于垭口地形下风场的规定

1.2.4 数值模拟在研究中的现状

1.3 本文主要内容

第2章 垭口地形风场数值模拟的基本方法和理论

2.1 数值模拟的基本控制方程

2.1.1 建立控制方程组

2.1.2 湍流数值模拟方法

2.1.3 湍流封闭模型

2.2 计算区域与控制方程的离散

2.2.1 计算区域的离散

2.2.2 控制方程的离散

2.2.3 离散化方程的求解

2.3 本章小结

第3章 垭口地形的三维风场研究

3.1 概述

3.2 三维模型的建立

3.3 参数设置

3.4 垭口地形对风场的影响

3.5 垭口微地形修正系数的确定

3.6 本章小结

第4章 垭口地形下输电线路风荷载效应研究

4.1 有限元静力学分析理论

4.2 输电塔有限元模型建立

4.2.1 有限单元法的基本概念

4.2.2 有限元建模的要求

4.2.3 输电杆塔模型的建立

4.3 风载荷计算

4.4 线路杆塔风荷载效应

4.5 本章小结

第5章 总结与展望

5.1 本文工作总结

5.2 结论

5.3 展望

参考文献

致谢