高雷諾數下輸電導線流固耦合數值模擬.pdf

1、在風荷載的激勵下，輸電導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)導線的流固耦合振動。輸電導線的振動將會對輸電線路以及電塔結構產生嚴重的后果。深入系統(tǒng)地研究輸電導線這種大跨、柔性鈍體結構的流固耦合效應，具有廣泛的工程實際意義和學術價值。
　　本文基于CFD數值計算方法，通過改變來流速度進而改變折減風速和雷諾數值，對處于高雷諾數下的（覆冰）輸電導線流固耦合振動進行數值模擬計算，研究均勻來流下輸電導線結構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數值計算軟件 FLUENT，對不同雷諾數下光滑圓形截面單柱體的繞流進行數值模擬計算。分析了不同雷諾數下導線的漩渦脫落規(guī)律、氣動力系數特征值規(guī)律，通過與現有實驗數據比較，研究了CFD在計算域、網格劃分方案、時間步長、邊界條件和湍流模型等參數設置對計算精度的影響。
　　第二，建立了輸電導線流固耦合振動的數值模擬計算方法。編寫計算結構動力響應的C語言用戶自定義

3、程序（Newmark-β算法），并實現與主程序的鏈接，利用分區(qū)劃分網格思想，合理設置交界面進行數據交換和傳遞，并利用動網格和滑移網格技術對網格進行實時更新。實現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值模擬計算。通過改變折減風速大小得到處于亞臨界雷諾數區(qū)光滑輸電導線的流固耦合響應，分析了質量比分別為2.4和248兩種參數下的橫向流固耦合振動規(guī)律，發(fā)現質量比參數對導線振動有一定影響；同時進一步分析了結構的流向自由度對導線橫向振動

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