高雷諾數(shù)下輸電導(dǎo)線流固耦合數(shù)值模擬.pdf

1、在風(fēng)荷載的激勵下，輸電導(dǎo)線與其周圍空氣之間存在著強烈的耦合作用，并最終可能引發(fā)導(dǎo)線的流固耦合振動。輸電導(dǎo)線的振動將會對輸電線路以及電塔結(jié)構(gòu)產(chǎn)生嚴(yán)重的后果。深入系統(tǒng)地研究輸電導(dǎo)線這種大跨、柔性鈍體結(jié)構(gòu)的流固耦合效應(yīng)，具有廣泛的工程實際意義和學(xué)術(shù)價值。
　　本文基于CFD數(shù)值計算方法，通過改變來流速度進而改變折減風(fēng)速和雷諾數(shù)值，對處于高雷諾數(shù)下的（覆冰）輸電導(dǎo)線流固耦合振動進行數(shù)值模擬計算，研究均勻來流下輸電導(dǎo)線結(jié)構(gòu)流固耦合振動的特點

2、和規(guī)律。本文的研究工作主要包含以下幾個方面：
　　第一，采用通用 CFD數(shù)值計算軟件 FLUENT，對不同雷諾數(shù)下光滑圓形截面單柱體的繞流進行數(shù)值模擬計算。分析了不同雷諾數(shù)下導(dǎo)線的漩渦脫落規(guī)律、氣動力系數(shù)特征值規(guī)律，通過與現(xiàn)有實驗數(shù)據(jù)比較，研究了CFD在計算域、網(wǎng)格劃分方案、時間步長、邊界條件和湍流模型等參數(shù)設(shè)置對計算精度的影響。
　　第二，建立了輸電導(dǎo)線流固耦合振動的數(shù)值模擬計算方法。編寫計算結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)的C語言用戶自定義

3、程序（Newmark-β算法），并實現(xiàn)與主程序的鏈接，利用分區(qū)劃分網(wǎng)格思想，合理設(shè)置交界面進行數(shù)據(jù)交換和傳遞，并利用動網(wǎng)格和滑移網(wǎng)格技術(shù)對網(wǎng)格進行實時更新。實現(xiàn)基于弱耦合的具有彈性支撐的剛性柱體流固耦合振動的數(shù)值模擬計算。通過改變折減風(fēng)速大小得到處于亞臨界雷諾數(shù)區(qū)光滑輸電導(dǎo)線的流固耦合響應(yīng)，分析了質(zhì)量比分別為2.4和248兩種參數(shù)下的橫向流固耦合振動規(guī)律，發(fā)現(xiàn)質(zhì)量比參數(shù)對導(dǎo)線振動有一定影響；同時進一步分析了結(jié)構(gòu)的流向自由度對導(dǎo)線橫向振動

4、的影響。
　　第三，考慮輸電導(dǎo)線真實截面形狀具有一定粗糙度的影響，實現(xiàn)不同雷諾數(shù)下真實輸電導(dǎo)線截面固定繞流和橫向振動的數(shù)值模擬。通過與光滑導(dǎo)線截面以及實驗數(shù)據(jù)進行比較，分析了真實輸電導(dǎo)線截面的氣動力系數(shù)以及振幅與理想光滑柱體的異同。
　　第四，采用數(shù)值模擬方法計算輸電導(dǎo)線覆冰后的流固耦合響應(yīng)。分析了不同來流風(fēng)速的高雷諾數(shù)下D型覆冰導(dǎo)線固定繞流和橫向振動。在此基礎(chǔ)上，研究流向以及扭轉(zhuǎn)向自由度對覆冰導(dǎo)線橫向振動的位移影響，分析了