覆冰导线舞动风洞试验及数值模拟研究

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1、硕士学位论文覆冰导线舞动风洞试验及数值模拟研究WINDTUNNELTESTANDNUMERICALSIMULATIONONGALLOPINGOFICEDCONDUCTOR潘宇哈尔滨工业大学2015年7月国内图书分类号：TU312.1学校代码：10213国际图书分类号：624密级：公开工学硕士学位论文覆冰导线舞动风洞试验及数值模拟研究硕士研究生：潘宇导师：李惠教授副导师：陈文礼副教授申请学位：工学硕士学科：结构工程所在单位：土木工程学院答辩日期：2015年7月授予学位单位：哈尔滨工业大学Classi

2、fiedIndex:TU375.4U.D.C:624.014DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringWINDTUNNELTESTANDNUMERICALSIMULATIONONGALLOPINGOFICEDCONDUCTORCandidate：PanYuSupervisor：Prof.LiHuiViceSupervisor:AssociateProf.ChenWenliAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeri

3、ngSpeciality：StructuralEngineeringAffiliation：SchoolofCivilEngineeringDateofDefence：July,2015Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要输电导线的舞动是覆冰导线在风致作用下引起了低频、高振幅的振动，对输电塔线造成严重的破坏，直接影响电网的运行安全。输电导线在不同的气候条件下会形成不同的覆冰截面，其中新月

4、形覆冰截面是一种典型的覆冰截面。本文以新月形覆冰截面导线为研究对象，通过风洞试验和数值模拟分析新月形截面的气动力特性和舞动机理，为新月形覆冰截面的舞动防治提供理论基础。本文的研究内容如下：首先，基于数值模拟研究了新月形覆冰导线在不同风攻角下的气动力特性，结合DenHartog垂直舞动机理和Nigol扭转诱发机理分析了覆冰导线在不同风攻角下的舞动稳定特性，结果表明，在部分风攻角区域，覆冰导线在竖向和扭转方向形成气动负阻尼，容易引起导线舞动。同时，结合PIV技术，分析了新月形覆冰导线节段模型在不同风攻

5、角下的流场信息。结果表明，覆冰导线的流动分离位置、尾流漩涡积分尺度和脱落频率随风攻角的不同而发生变化。然后，进行新月形覆冰导线气弹性模型风洞试验，研究了覆冰导线在不同风速和风攻角下的竖向、横向和扭转方向的振动特性及其频谱特性。试验表明，覆冰导线舞动可分为竖向舞动和竖向-扭转耦合舞动。竖向舞动是由于覆冰导线在竖向存在气动负阻尼而产生的竖向自激振动，一般只在少数风攻角和特定风速下发生。竖向-扭转舞动则是由于结构在扭转方向形成气动负阻尼而产生的扭转自激振动，并通过扭转-竖向耦合力和扭转-横向耦合力作用不

6、断地向竖向和横向振动输入能量，从而引起覆冰导线的舞动。覆冰导线在竖向或扭转方向形成气动负阻尼是导线发生舞动的必要条件，并且舞动稳定后三个方向的振动频率都与形成自激振动方向的振动频率相同。最后，进行新月形覆冰导线舞动过程的数值模拟，研究了不同风速下覆冰导线气动负阻尼的变化规律。结果表明，覆冰导线在横向不会产生气动负阻尼，而竖向和扭转方向在部分风攻角下会产生气动负阻尼。当结构气动负阻尼大于结构固有阻尼时，覆冰导线形成发散的自激振动。当覆冰导线同时发生竖向和扭转方向气动发散时，扭转位移发散会改变覆冰导线

7、的风攻角，从而改变竖向和扭转方向的气动阻尼。当扭转方向的气动负阻尼和固有阻尼相抵消时，覆冰导线的扭转振动渐渐稳定。关键词：覆冰导线；舞动；流固耦合-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractGallopingisalowfrequency,highamplitudeself-excitedundermid/lowwindvelocity,whichcausesseriousdamagetothestructureandendangerthesafeoperationofthepowergr

8、id.Thereareseveralformsoficingcross-sectionunderdifferentclimaticconditions,inwhichcrescentshapedcross-sectionisatypicalform.Inthispaper,thestudymainlyconsidersoncrescentshapedcross-section,andtheaerodynamiccharacteristicoftheconductorwerestud