[發明專利]一種臺風風場的模擬方法及系統

在審

• 申請號: 201810171112.1
• 申請日: 2018-03-01
• 公開（公告）號: CN108563825A
• 公開（公告）日: 2018-09-21
• 發明（設計）人: 張宏杰;陳彬;易弢;張明龍;黃海鯤;林德源;吳涵;王健;蔡政權;李衍川;黃國
• 申請（專利權）人: 中國電力科學研究院有限公司;國家電網公司;國網福建省電力有限公司電力科學研究院
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 北京安博達知識產權代理有限公司 11271
• 代理人: 徐國文

一種臺風風場的模擬方法及系統，包括：根據獲取的風場特性參數計算不同工況下輸電鐵塔主材應力比；利用所述風場特性參數和不同工況下的輸電鐵塔主材應力比確定不同的臺風風場剖面特征；基于所述臺風風場剖面特征和被動模擬裝置在風洞中進行臺風風場模擬，其中所述被動模擬裝置包括：尖劈、粗糙元和格柵。本發明將隨時間變化的三維臺風風場進行簡化，使其變為不同工況下可模擬的二維臺風風場。

技術領域

本發明涉及輸電線路機防災減災領域，具體涉及一種臺風風場的模擬方法及系統。

背景技術

隨著全球氣候變暖影響愈發深入，臺風的發生頻次和危害程度不斷增加，伴隨臺風引起的大風、暴雨以及風暴潮帶來的損失無法估計。

目前，通過對臺風風場的現場實測，已經初步掌握了臺風風場與常規風風場的差異。在理論計算領域，按照實測臺風風速序列進行輸電線路加載與常規風響應計算差別不大，但是如何在常規風洞中，對三維的、時變的臺風風場進行模擬，目前風洞實驗室的建設技術無法實現，而且在模擬過程中，如何確定臺風風場剖面特征，在眾多臺風風場剖面特征中很容易漏掉最不利臺風風場剖面特征。

發明內容

為了解決現有技術中所存在的上述不足，本發明提供一種臺風風場的模擬方法及系統。在理論分析的基礎之上，確定所需模擬的臺風風場時刻，將這一時刻對應的二維風速剖面特征進行模擬，從而在風洞實驗室中實現臺風風場模擬。

本發明提供的技術方案是：一種臺風風場的模擬方法，包括：

根據獲取的風場特性參數計算不同工況下輸電鐵塔主材應力比；

利用所述風場特性參數和不同工況下的輸電鐵塔主材應力比確定不同的臺風風場剖面特征；

基于所述臺風風場剖面特征和被動模擬裝置在風洞中進行臺風風場模擬，其中所述被動模擬裝置包括：尖劈、粗糙元和格柵。

優選的，所述根據獲取的風場特性參數計算不同工況下輸電鐵塔主材應力比，包括：

基于平均風速、湍流強度和對應的風剖面指數選擇工況；

對不同工況下的輸電鐵塔進行受力分析，計算輸電鐵塔主材應力比；

其中所述選擇的工況包括：平均風速和湍流強度各自出現最大值的時刻，以及風剖面指數出現最小值的時刻。

優選的，所述輸電鐵塔主材應力比，按下式計算：

式中，F₁：輸電鐵塔主材應力比；σ_c,max：最大壓應力；σ_y：材料區域應力；

或

式中，σ_t,max：最大拉應力。

優選的，所述最大拉應力和最大壓應力，分別按下式計算：

式中，N：軸力；F：剪力；M：彎矩；A：截面面積；W_z：截面抗彎系數；

優選的，所述利用不同工況下的所述風場特性參數和輸電鐵塔主材應力比確定不同的臺風風場剖面特征，包括：

根據所述風場特性參數和輸電鐵塔主材應力比繪制隨工況變化的曲線；

每一條曲線對應一種臺風風場剖面特征。

優選的，所述基于所述臺風風場剖面特征和被動模擬裝置在風洞中進行臺風風場模擬，包括：

當所述輸電鐵塔主材應力比最大時對應的臺風風場剖面特征為第一臺風風場剖面特征；