[發(fā)明專(zhuān)利]輸電導(dǎo)線(xiàn)氣動(dòng)阻力簡(jiǎn)化數(shù)值模擬方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011467366.1
• 申請(qǐng)日: 2020-12-11
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112464589B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-02-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）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(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 國(guó)網(wǎng)新疆電力有限公司電力科學(xué)研究院
• 主分類(lèi)號(hào): G06F30/28
• 分類(lèi)號(hào): G06F30/28;G06F111/10;G06F119/14;G06F113/08
• 代理公司: 重慶為信知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 50216
• 代理人: 王海榮

本發(fā)明公開(kāi)了一種輸電導(dǎo)線(xiàn)氣動(dòng)阻力簡(jiǎn)化數(shù)值模擬方法，按照以下步驟進(jìn)行：確定N種輸電導(dǎo)線(xiàn)類(lèi)型和對(duì)應(yīng)的輸電導(dǎo)線(xiàn)參數(shù)、風(fēng)洞試驗(yàn)的試驗(yàn)場(chǎng)景；定義輸電導(dǎo)線(xiàn)阻力系數(shù)公式，對(duì)N種輸電導(dǎo)線(xiàn)進(jìn)行風(fēng)洞試驗(yàn)，獲取輸電導(dǎo)線(xiàn)氣動(dòng)阻力系數(shù)與風(fēng)速之間的關(guān)系；選擇一種導(dǎo)線(xiàn)作為目標(biāo)輸電導(dǎo)線(xiàn)，模擬得到目標(biāo)輸電導(dǎo)線(xiàn)幾何模型；對(duì)目標(biāo)輸電導(dǎo)線(xiàn)幾何模型中的導(dǎo)線(xiàn)凹槽進(jìn)行簡(jiǎn)化得到目標(biāo)輸電導(dǎo)線(xiàn)幾何簡(jiǎn)化模型；預(yù)設(shè)氣動(dòng)阻力系數(shù)影響因子，采用CFD軟件對(duì)目標(biāo)輸電導(dǎo)線(xiàn)幾何簡(jiǎn)化模型的輸電導(dǎo)線(xiàn)氣動(dòng)阻力系數(shù)進(jìn)行數(shù)值模擬，得到目標(biāo)輸電導(dǎo)線(xiàn)與風(fēng)速之間的關(guān)系；鎖定氣動(dòng)阻力系數(shù)影響因子。有益效果：提出了一種導(dǎo)線(xiàn)模擬方法，大大降低了計(jì)算數(shù)據(jù)和難度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及輸電導(dǎo)線(xiàn)模擬技術(shù)領(lǐng)域，具體的說(shuō)是一種輸電導(dǎo)線(xiàn)氣動(dòng)阻力簡(jiǎn)化數(shù)值模擬方法。

背景技術(shù)

風(fēng)荷載在輸電線(xiàn)路所有荷載中占主導(dǎo)地位，其對(duì)桿塔基礎(chǔ)及桿塔本身的強(qiáng)度設(shè)計(jì)有著重大的影響。工程中輸電線(xiàn)路風(fēng)荷載的計(jì)算在很大程度上取決于相應(yīng)設(shè)計(jì)規(guī)范中建議的阻力系數(shù)的取值。隨著電網(wǎng)規(guī)模的快速建設(shè)和氣候與環(huán)境的不斷變化，導(dǎo)線(xiàn)的風(fēng)災(zāi)日益嚴(yán)重。因此準(zhǔn)確計(jì)算和減小導(dǎo)線(xiàn)阻力系數(shù)是很重要的，特別是在大風(fēng)環(huán)境下。僅通過(guò)提高強(qiáng)風(fēng)條件下輸電線(xiàn)路的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，需要大量投資來(lái)實(shí)現(xiàn)抗風(fēng)目的，且有一定的局限性。傳統(tǒng)鋼芯鋁絞線(xiàn)(aluminum conductor steel reinforced，ACSR)是最常見(jiàn)的導(dǎo)線(xiàn)，它的外層絞線(xiàn)截面通常為圓形。在ACSR的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上進(jìn)行氣動(dòng)外形優(yōu)化，開(kāi)發(fā)阻力系數(shù)較小的異形導(dǎo)線(xiàn)，具有廣闊的應(yīng)用前景。

由以前的研究可知單導(dǎo)線(xiàn)的阻力系數(shù)主要受到雷諾數(shù)、來(lái)流風(fēng)向、湍流度和導(dǎo)線(xiàn)表面結(jié)構(gòu)形式(粗糙度)等因素的影響。對(duì)于多分裂導(dǎo)線(xiàn)，還受到子導(dǎo)線(xiàn)的數(shù)量、間距和角度的影響。然而它們都是對(duì)特定導(dǎo)線(xiàn)的研究，很少有對(duì)導(dǎo)線(xiàn)不同表面結(jié)構(gòu)形式(粗糙度)的影響進(jìn)行系統(tǒng)分析，這遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足工程應(yīng)用的需要。

導(dǎo)線(xiàn)可以看做表面有多個(gè)螺旋形的絞線(xiàn)或凹槽的粗糙圓柱。粗糙圓柱的繞流有類(lèi)似光滑圓柱的特性(Achenbach,1971；Achenbach and Heinecke,1981；Farell andArroyave,1990)：在亞臨界區(qū)阻力系數(shù)基本不變，不受粗糙度影響。臨界區(qū)最小阻力系數(shù)隨相對(duì)粗糙度K/D增大而增大。粗糙度會(huì)導(dǎo)致邊界層提前分離，使臨界雷諾數(shù)減小。超臨界區(qū)阻力系數(shù)隨K/D增大而增大。螺旋形的線(xiàn)或凹槽作為一種全向減振裝置，被大量研究(Lawand Jaiman,2018；Ishihara and Li,2020)。(Szalay,1989；Tanaka et al.,2012；Tang etal.,2013；Kim et al.,2015)等對(duì)多邊形截面筆直和螺旋高層建筑的力和響應(yīng)進(jìn)行了試驗(yàn)研究，這可以為新型導(dǎo)線(xiàn)的研究提供參考。

基于上述技術(shù)，在導(dǎo)線(xiàn)的氣動(dòng)阻力系數(shù)計(jì)算方面，仍然存在計(jì)算數(shù)據(jù)復(fù)雜，計(jì)算量大等缺陷，導(dǎo)致計(jì)算困難，對(duì)導(dǎo)線(xiàn)模擬技術(shù)的進(jìn)程有較大的阻礙。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種輸電導(dǎo)線(xiàn)氣動(dòng)阻力簡(jiǎn)化數(shù)值模擬方法，對(duì)導(dǎo)線(xiàn)進(jìn)行了風(fēng)洞試驗(yàn)研究，得到了阻力系數(shù)隨風(fēng)速變化規(guī)律。然后采用CFD模擬，對(duì)傳統(tǒng)導(dǎo)線(xiàn)幾何模型并簡(jiǎn)化。得出了一種更為簡(jiǎn)單的導(dǎo)線(xiàn)模擬方法，計(jì)算量大大降低。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的具體技術(shù)方案如下：

一種輸電導(dǎo)線(xiàn)氣動(dòng)阻力簡(jiǎn)化數(shù)值模擬方法，其關(guān)鍵步驟在于按照以下步驟進(jìn)行：

S1：確定N種輸電導(dǎo)線(xiàn)類(lèi)型和對(duì)應(yīng)的輸電導(dǎo)線(xiàn)參數(shù)，并確定風(fēng)洞試驗(yàn)的試驗(yàn)場(chǎng)景；

S2：定義輸電導(dǎo)線(xiàn)阻力系數(shù)公式，對(duì)N種輸電導(dǎo)線(xiàn)進(jìn)行風(fēng)洞試驗(yàn)，獲取輸電導(dǎo)線(xiàn)氣動(dòng)阻力系數(shù)與風(fēng)速之間的關(guān)系；

S3：任意從N種輸電導(dǎo)線(xiàn)中選擇一種導(dǎo)線(xiàn)作為目標(biāo)輸電導(dǎo)線(xiàn)，采用CFD軟件對(duì)目標(biāo)輸電導(dǎo)線(xiàn)進(jìn)行模擬，驗(yàn)證模擬準(zhǔn)確性，并得到目標(biāo)輸電導(dǎo)線(xiàn)幾何模型；

S4：對(duì)目標(biāo)輸電導(dǎo)線(xiàn)幾何模型中的導(dǎo)線(xiàn)凹槽進(jìn)行簡(jiǎn)化，得到目標(biāo)輸電導(dǎo)線(xiàn)幾何簡(jiǎn)化模型；