安装间隔棒的双分裂导线微风振动分析

为了分析安装了间隔棒的双分裂导线微风振动强度,研究了利用有限差分法(FDM)分析微风振动的关键技术。基于能量等效原理,将实测的输电线自阻尼功率等效成为粘滞阻尼系数,将输入风功率等效成为微风激励力。推导了分裂导线-间隔棒体系动力微分方程,利用四阶有限差分格式求解动力方程得到导线的最大振幅;根据振幅和曲率的关系推导了输电线动弯应变幅值沿输电线的分布规律。通过某220kV双分裂导线算例分析:未安装间隔棒时,有限差分结果与能量平衡法分析结果吻合较好;安装了间隔棒的情况下,有限差分法能够反应间隔棒刚度、阻尼对分裂导线微风振动的影响,并且可以考虑由于子导线振动差异导致的相互拉扯效应。     

单根和双分裂导线风噪声的数值模拟研究

针对单根和双分裂导线风噪声采用混合计算方法进行数值模拟。基于导线的绞线结构进行建模,获得单导线风场和声场的分布特征,并与同直径的光滑圆柱结果进行对比,并针对水平和垂直布置双分裂导线风场和声场进行研究。研究表明:导线的阻力系数和总声压级均小于光滑圆柱,而斯特劳哈尔数大于光滑圆柱;在卓越频率段导线和光滑圆柱的风噪声呈现了明显的8字形指向性,而在远离卓越频率段呈现圆形指向,说明导线和圆柱风噪声是一种偶极子声源;导线和光滑圆柱风噪声的总声压级总体呈圆形、略呈8字形分布;垂直布置双分裂圆柱因相互之间无干扰,总声压级为两根单导线风噪声声压级之和;垂直布置的双分裂导线风噪声略小于水平布置双分裂导线风噪声。     

流体绕流不同方向振动圆柱换热特性数值分析

基于Fluent动网格及UDF编程技术对二维流场中振动圆柱的换热特性进行了研究,分析了来流速度及圆柱振动方向对其换热特性的影响。数值计算结果表明,相比于静止圆柱换热,当圆柱的最大振动速度远大于来流速度时,其振动强化传热效果显著;随着流速的增大,振动圆柱的强化传热效果降低,当流速为圆柱最大振动速度的4倍时,圆柱传热效果仅增强1.2%。另外,对相等流速下的圆柱沿不同方向的振动换热特性研究表明,振动方向对圆柱强化换热的影响不显著。     

不同雷诺数下圆柱绕流气动噪声数值模拟

基于大涡模拟和声类比相结合的混合方法对不同雷诺数下二维圆柱绕流的远场气动噪声进行预测.预测值与试验数据吻合良好.根据预测结果分析圆柱绕流气动噪声的声场特性,研究流场振荡规律对远场噪声的影响和圆柱绕流气动噪声的辐射特性,并寻找降低圆柱绕流气动噪声的途径.结果表明:随着雷诺数的增加,远场各测量点的总声压级增大;声场的最大声...     

表面粗糙度对导线风荷载及涡激振动的影响

输电导线的截面形状对导线的气动力特性有重要影响,其风压占整个输电线路风压的50%~70%。采用基于RANS的SST k-ω湍流模型,对真实粗糙截面和光滑截面导线的气动特性及横向涡激振动进行数值分析,并和试验进行了对比。利用ICEM对流体计算域进行结构化网格划分,采用动网格和滑移网格模型,将计算结构响应的Newmark-β通过UDF代码嵌入FLUENT软件,建立2D圆柱横流向涡激振动的计算模型;通过改变折减风速和雷诺数,研究均匀来流高雷诺数下输电导线的气动力和振动特性。结果表明,考虑导线表面粗糙度后,固定导线的气动力以及斯托劳哈尔数有所降低;导线涡激振动的"锁定"区的范围变广,振动幅值变大;当折减风速为5.766时,粗糙截面涡激振动的峰值振幅达到0.9D;导线的气动力以及涡脱模式也出现较大变化,即导线表面粗糙度对导线的气动特性影响较大。     

不同形状涡街发生体流场仿真及特性研究

利用Fluent数值仿真软件对圆柱、梯形柱和一种新型带狭缝圆柱发生体的绕流特性进行对比研究.通过在发生体附近设置检测点,得到静压分布情况.以计算精度和速度为依据,指出适合涡街发生体的计算方法.将带狭缝圆柱作为重点,分析不同发生体绕流产生的涡街信号特性.结果表明,带狭缝圆柱生成的涡街信号强度最高,斯特劳哈尔数线性度好且压力损失较低,因此将带狭缝圆柱用于涡街流量计是可行的.     

基于拓扑网格方法的多钝体流致振动分析

多钝体流致振动是一个较为复杂的流固耦合过程,普遍存在于自然界和工程领域。为了减小高幅振动时网格变形引起的计算误差,基于非定常Navier-Stokes方程对二维双圆柱和三圆柱、三维双圆柱流致振动进行数值求解,采用耦合界面结合拓扑网格变形技术,实现流体与多个运动钝体之间的耦合计算。将数值结果与实验进行比较分析,验证了该数值方法是处理高振幅多钝体流致振动的有效方法。研究结果表明上游圆柱的存在对下游圆柱流致振动和旋涡形成产生明显影响。串列双圆柱流致振动振幅和频率响应与实验测试趋势一致,清晰观察到了涡致振动初始分支和上部分支;并且当Re8×10~4时,圆柱流致振动由涡致振动向驰振过渡。圆柱尾涡形态随流致振动分支切换发生变化,当驰振发生时,下游圆柱的尾涡形态受上游圆柱影响难以捕捉。随着双圆柱间距增大,低Re时下游圆柱受到上游圆柱的抑制作用减弱。三维多柱体流致振动计算结果更接近实验值,如何提高三维数值计算速度将是下一步研究工作的重点。     

双分裂导线尾流诱发振荡数值模拟研究

利用Fluent流体动力学软件模拟双分裂导线绕流场,计算两根子导线的空气动力系数,得到背风侧子导线的升力系数和阻力系数随其与迎风侧子导线相对位置的变化规律。进而利用ABAQUS软件模拟典型双分裂线路段的尾流诱发振荡过程,获得两根子导线的运动轨迹、振动幅值和频率特征。结果表明,两子导线的位移相位相反,运动轨迹近似为水平椭圆,与现场观测一致。模拟分析了间隔棒等间距和非等间距排布方式下双分裂导线尾流诱发振荡的特征。     

圆柱绕流近壁面处气动噪声源识别研究

对物体高速行驶下的气动噪声现象的认识和描述一直以来都是气动声学领域探索的基本问题和难点问题,尤其对物体近壁面处声源的产生及其声辐射缺乏有效的描述手段。该研究以圆柱绕流为研究对象,结合数值仿真手段,基于涡声方程的声源项描述圆柱绕流近壁面处的声源特性,建立声源识别方法。研究表明,该方法描述的声源存在不该有声源的位置出现声源的现象。研究进一步基于质点振速的矢量波动方程,将不能辐射噪声的源分离,较为准确地识别出了圆柱绕流气动噪声源的大小和位置。该研究在探索识别圆柱绕流气动噪声源方法的同时,也为准确识别气动噪声源特征提供了有效的方法。     

新月形薄覆冰导线气动力特性数值模拟研究EI北大核心CSCD

通过CFD方法对亚临界状态下的圆柱绕流开展了数值模拟,将不同计算工况下的平均风压、平均风速、脉动风速、斯托劳哈数(St)等结果与试验结果进行对比,研究了近壁面网格及展向长度对结果的影响,比较了LES与k-ωSST湍流模型的计算结果。在此基础上,针对覆冰导线分别建立二维与三维计算模型,计算了新月形薄覆冰单导线的气动三分力系数,并与试验结果进行对比。利用覆冰导线表面风压分布特性对空气动力学参数随攻角变化出现的尖峰现象进行了分析。结果表明,二维与三维覆冰导线模型存在较大区别,采用三维计算模型是必要的,展向长度取3倍导线直径能取得较好的计算结果。     

覆冰四分裂导线空气动力系数数值模拟

利用Fluent流体动力学分析软件计算典型覆冰四分裂导线在特定风速下的绕流问题,所得各覆冰子导线空气动力系数随风攻角变化曲线与由风洞试验所得规律一致。基于数值模拟和风洞试验所得气动系数确定的Den Hartog系数与Nigol系数随风攻角的变化结果吻合。利用由数值模拟和风洞试验获所得气动参数,采用Abaqus有限元软件模拟典型线路段的舞动,通过舞动特性分析比较发现,利用该两组气动系数模拟得到的导线舞动特性一致,表明采用数值模拟方法确定覆冰导线的空气动力系数可用于模拟覆冰导线舞动。     

流体诱导弹性管束振动响应数值分析

基于流固耦合问题的弱耦合法,研究弹性管束不同流速的壳程或/和管程流体诱导下的振动响应。研究表明,流体诱导振动幅值随壳程或/和管程流速的增加而增加。与相同管程流速条件相比,壳程流体引起的振幅较大。随壳程流速增加监测点振动频率增加;随管程流速增加监测点振动频率基本不变。壳、管程流体耦合诱导的振动位移曲线与仅壳程流体诱导的振动位移曲线类似,说明弹性管束工作过程中的振动主要由壳程流体诱导。流体诱导的振动频率接近管束第一阶固有频率时,监测点在y、z方向振幅逐渐趋于峰值。流体诱导弹性管束的振动主要表现为面内振动。     

热电偶套管流体激振数值分析

用于测量管内流体温度的热电偶,由于受到高温、高速流体冲击,常发生套管断裂现象。采用大涡模拟（LES）方法对一热电偶套管周围非定常流场进行数值模拟,分析高速、非定常流动引起的热电偶套管受力与振动情况,提出在套管前串列干扰装置以抑制振动、减轻受力的改进措施,并对改进后效果进行分析和验证。研究结果可为热电偶套管结构优化设计提供参考。     

电磁力对双分裂导线舞动的影响

基于一种计算导线间电磁力的数值方法,利用ABAQUS软件的用户自定义子程序UEL,编写计算子导线间电磁力的单元,实现考虑电磁力的双分裂导线舞动数值模拟方法。利用算例验证了方法和程序的正确性,进而对不同档距覆冰双分裂导线在不同电流强度下的舞动过程进行数值模拟,分析电磁力对线路舞动特征的影响。结果表明,档距较小时电磁力对线路舞动影响很小;档距较大时,电磁力对舞动的影响明显,甚至可能造成两子导线的碰撞。因而,在研究较大档距线路舞动时,有必要考虑电磁力的影响。     

覆冰导线动态气动力特性模拟与分析

为研究覆冰导线舞动时气动力的特性,从弱耦合角度出发,基于流体动力学仿真软件Fluent二次开发,利用用户自定义函数对导线的舞动轨迹进行编程并结合动网格技术实现流固耦合。计算了新月形覆冰导线在横向振动下的气动力系数,并与静态模拟结果和试验结果进行比较;分析了舞动幅值、频率和扭转振动对动态气动力的影响。结果表明：相同风速下,动态气动力系数大于静态值,二者具有相同的变化规律;阻力、升力系数随舞动幅值增大显著增加,特别是升力系数成倍增加;振动频率增加,也使动态气动力系数增大,但频率对动态气动力的影响小于幅值的影响;扭转振动对动态气动力有一定的影响。工程中采用静态气动力系数预测大档距舞动引起的断线的临界风速和塔承受的荷载,其结果不安全,应考虑动态气动力系数对舞动的影响。     

高压输电线风雨激振特性研究及数值分析

高压输电线风雨激振严重威胁着输电线路的寿命和安全运行,其激振机理及防治措施成为电力系统急待研究的难题之一。在降雨、风载和电场作用下,在输电导线表面形成极化水线, 水线的运动诱发气动力变化导致输电线线路振动。本文建立了水线运动与输电导线振动耦合的风雨激振理论模型。采用龙格-库塔法对输电导线和水线运动方程进行数值求解,得到了输电导线和水线的响应,讨论了风速、导线结构阻尼和电场力等参数对输电导线振幅的影响     

无风环境下振动薄平板断面的非线性气动效应研究

基于随机拉格朗日-欧拉(ALE)法和弱耦合方法,建立了断面风振响应计算的数值模型。提出了无风环境下振动断面的气动力数学表达式,模拟了薄平板断面在无风环境下的自由振动响应,进而计算了断面的非线性振动频率和阻尼比。结果表明:提出的气动力模型能够有效的描述无风环境下作用在振动断面上的非定常气动力;无风环境下振动中的主梁断面,竖向振动比扭转振动对周围空气的干扰作用更大;若忽略无风环境下的气动效应,将会带来一定的误差;初始激励对无风环境下主梁断面的气动效应有较大的影响。     

玻璃纤维增强塑料夹层板振动能量流可视化研究

为探索复合材料结构在外部激励作用下的振动能量传递及分布特性,基于结构声强法对玻璃纤维增强塑料夹层板的振动能量可视化技术进行了研究。基于结构声强概念,结合复合材料结构层合理论推导了玻璃纤维增强塑料夹层板的结构声强解析表达式;给出了基于有限元数值方法的结构声强可视化计算实现流程,利用Python和Matlab语言编写了相应计算程序;接着从固有频率、振型及结构声强矢量三个方面验证了所提出可视化程序的有效性;以玻璃纤维增强塑料夹层板为例,利用结构声强技术提供的图形信息实现了激励源定位及振动能量传递特性的可视化分析;最后提取了剪切分量、扭转分量和弯曲分量对结构声强矢量的贡献情况,直观展示了剪切分量在振动能量传递过程中的决定性作用。