[發明專利]輸電導線氣動阻力簡化數值模擬方法

有效

• 申請號: 202011467366.1
• 申請日: 2020-12-11
• 公開（公告）號: CN112464589B
• 公開（公告）日: 2023-02-03
• 發明（設計）人: 游溢;何成;趙建平;高榮剛;張陵;張博;王欣欣;晏致濤;楊小剛
• 申請（專利權）人: 國網新疆電力有限公司電力科學研究院
• 主分類號: G06F30/28
• 分類號: G06F30/28;G06F111/10;G06F119/14;G06F113/08
• 代理公司: 重慶為信知識產權代理事務所(普通合伙) 50216
• 代理人: 王海榮

1.一種輸電導線氣動阻力簡化數值模擬方法，其特征在于按照以下步驟進行：

S1：確定N種輸電導線類型和對應的輸電導線參數，并確定風洞試驗的試驗場景；

S2：定義輸電導線阻力系數公式，對N種輸電導線進行風洞試驗，獲取輸電導線氣動阻力系數與風速之間的關系；

S3：任意從N種輸電導線中選擇一種導線作為目標輸電導線，采用CFD軟件對目標輸電導線進行模擬，驗證模擬準確性，并得到目標輸電導線幾何模型；

S4：對目標輸電導線幾何模型中的導線凹槽進行簡化，得到目標輸電導線幾何簡化模型；

對目標輸電導線幾何模型中的導線凹槽進行簡化的內容為：

采用導線表面等效粗糙度在試驗風速范圍對目標輸電導線幾何模型進行等效替換，得到目標輸電導線幾何簡化模型；

導線表面等效粗糙度的計算公式為：

其中R(θ,z,t)為局部半徑，表示從截面中心C到曲面上某個點的距離，該距離是圓柱上的角度θ，沿圓柱軸向位置z以及時間t的函數；

D是導線外徑；R為導線外接圓的半徑，D＝2R；

若err(θ,z,t)在每個點均等于0，則圓柱為圓形且截面恒定；

S5：根據步驟S1中風洞試驗的試驗場景，預設氣動阻力系數影響因子，采用CFD軟件對所述目標輸電導線幾何簡化模型的輸電導線氣動阻力系數進行數值模擬，得到氣動阻力系數影響因子作用下，目標輸電導線與風速之間的關系；并鎖定氣動阻力系數影響因子。

2.根據權利要求1所述的輸電導線氣動阻力簡化數值模擬方法，其特征在于：所述輸電導線參數至少包括導線橫截面面積、外層絞線數量、外層絞線直徑、外層絞線形狀、導線外徑；

所述風洞試驗的試驗場景中至少包括的試驗參數為：導線試驗段長、回流風洞空間大小、風洞風速閾值、湍流度、風速不均勻性值、輸電導線氣動阻力系數采樣頻率、輸電導線氣動阻力系數采樣時間。

3.根據權利要求2所述的輸電導線氣動阻力簡化數值模擬方法，其特征在于：所述輸電導線阻力系數公式為：

其中C_D是導線阻力系數；F_D是測得的施加在導線上的阻力平均值；ρ是空氣密度；U是垂直于導線的風速；L是導線長度；D是導線外徑。

4.根據權利要求1所述的輸電導線氣動阻力簡化數值模擬方法，其特征在于：所述目標輸電導線幾何簡化模型采用的是剪切應力傳遞模型；

模型計算域為：以導線中心為坐標原點，其寬度和深度分別為30D和40D；計算域展向長度為5D，每條絞線沿著展向長度L＝5D旋轉180°，建立了一個中心對稱且周期性的模型，D是導線外徑；

模型網絡為：導線凹槽采用楔形網格；絞線壁面采用六面體網格，絞線遠離壁面采用了楔形網格；導線流場內部網格是通過沿展向掃掠二維網格并同時扭曲網格而形成螺旋形的絞線網格；導線流場外部是直接沿展向掃掠，導線流場內部網格通過非匹配網格與導線流場外部網格連接。

5.根據權利要求1所述的輸電導線氣動阻力簡化數值模擬方法，其特征在于：步驟S5中，預設氣動阻力系數影響因子至少包括導線凹槽深度和導線凹槽數量；所述鎖定氣動阻力系數影響因子為導線凹槽深度。