扰流防舞器气动力特性数值模拟

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1、Vn1．1No．1第1卷第1期2009年9月Sep．2009扰流防舞器气动力特性数值模拟(浙江大学结构工程研究所，浙江杭州310058)【摘要】为了研究扰流防舞器对覆冰输电导线气动力的影响及其防舞效果，利用计算流体动力学技术(CFD)模拟了新月形覆冰导线截面的气动力曲线，计算了安装扰流防舞器后新月形覆冰导线一个节距内8个等分截面的平均气动力曲线。计算结果表明：安装扰流防舞器后导线的阻力系数显著增大，升力系数曲线没有明显变化，扭矩系数曲线负斜率的绝对值减小；扰流防舞器具有防舞作用。【关键词】舞动；计算流体动力学；扰流防舞器；防舞；覆冰导

2、线【中图分类号】TP391．9TM726．1f文献标识码】A【文章编号j1674—7461(2009)01—0067—05的气动力特性曲线，分析了扰流防舞器的防舞效果。l引言风吹向因覆冰而使截面变为非圆形截面的输电导线时，在一定条件下，导线会产生一种低频、大幅度的自激振动——舞动。舞动的振幅大，持续时圈1执流防舞器问长，会引起跳闸甚至断线、倒塔等严重输电事故⋯。为了减小舞动的危害，人们提出了压重、失谐摆、阻尼器以及扰流防舞器等多种防舞措施。由2覆冰输电导线气动力特性数值模拟于舞动的复杂性，目前还没有一种普遍适用的防舞措施，各种防舞措施

3、的防舞效果也还需要进一步2。1数值计算方法研究。描述流体运动的基本方程是质量守恒方程及扰流防舞器是一种采用金属或塑料制作的、螺动量守恒方程，它们均可以用通用方程来表示：旋缠绕在导线上的扰流绳，它与导线组成的合成体+di(pH)=di(r口)+5(1)的各个截面彼此不同，即使覆冰后也是如此。这a。一样，各个截面所受的空气动力就会因互不相同而相式中，西为通用变量，可以代表速度及压力P互抵消，达到抑制舞动的目的。安装了扰流防舞器等求解变量；P为流体密度；F为广义扩散系数；S的导线模型如图1所示。美国线路预制器件公司于为广义源项。1979年最

4、早研制了一种总长度为4．3m，两端为握为了求解流场内各点的速度及压力，采用有限固段，中间为长3．6m的螺旋缠绕两圈的干扰段j。体积法将速度、压力等变量对应的控制方程离散为国内恽俐丽、刘文杰等曾对扰流防舞器分别进行过由节点未知量表示的代数方程组，为了降低误差，理论、试验研究，他们的研究结果表明扰流防舞器采用二阶迎风格式作为离散格式。由于控制方具有显著的防舞效果儿。程组中速度及压力等变量互相耦合在一起，若联立本文采用计算流体动力学(CFD)技术模拟了求解则需要大量的内存及时间，因此本文采用改进新月形覆冰导线及安装了扰流防舞器的覆冰导线的压

5、力修正法(SIMPLEC)求解控制方程组。湍流【基金项目】国家自然科学基金重点项目(50638010)．【作者简介】孙珍茂(1979一)，男，安徽太湖人，博导生，主要研究方向为结构风工程。Email：zhenmaosun@163．com68模型采用RNGk一占模型，该模型能够较好地处理2．2尾涡及气动力特性分析流线弯曲程度较大的流动。由于RNGk—模型只本文以LHGJT一440导线上覆新月形覆冰为例适用于充分发展的湍流区，而壁面区流动几乎是层来计算气动力系数。该导线直径为32．76mm，假流，因此，在壁面区不进行求解，而是利用壁面函数

6、设覆冰厚度为20ram，水平风速为10m／s，计算模法将壁面上的物理量与湍流核心区联系起来J。型如图2所示。经计算可知Re2．0X10，处于亚将数值计算得到的覆冰导线模型表面的压强临界状态，尾流将形成明显卡门涡街。查表可知斯和切应力在整个表面积分得到作用在导线模型上托罗哈数约为0．2，计算得该覆冰导线漩涡脱落频的升力、阻力和扭矩。其特征量分别定义为无量纲率约为0．012s至0．018s。数值模拟结果表明，90。气动力系数：风攻角时覆冰导线尾流涡的变化周期为0．016s，这与理论值是比较吻合的。一个周期内的尾流变化如图3所示。(2)式中

7、：CD为阻力系数、为升力系数、为扭矩系数；、、分别为单位长度导线所受的阻力、升力及扭矩；P为流体密度，为水平风速，D为导线直径。图2新月形覆冰导线计算模型(a)0T(12)T／2图3新月形覆冰导线尾涡耗流盼舞鬟蔓动力特谯数值模拟69由图3可知，尾流在一个周期内呈周期性变化。段由两节组成，截面直径为导线直径的0．75倍。将不管哪一时刻，导线后方上边缘及下边缘均有尾涡扰流防舞器安装到LHGJT_440导线上，覆冰仍然假相连，但涡的大小则随时发生变化。0T时刻，上边设为20mm厚的新月型覆冰。将一个节距之内的导缘相连的大涡最大，一直延伸到导

8、线的中下部，T／4线、扰流防舞器和覆冰三者组成的复合体等分为8时刻，上边缘相连的尾涡逐渐减小，直到T／2时刻，段，每段导线的气动力系数都用该段导线两个端截导线下边缘的尾涡达到最大，此时导线的尾涡基本面的气动力系数的平均值