下击暴流风场及输电线路风振分析

本书通过理论研究、数值模拟和试验模拟等手段，基于壁面射流理论开展了下击暴流的流场分析以及下击暴流作用下输电塔线体系频域和时域分析等方面的研究。全书共11章，主要包括研究背景、稳态和非稳态下壁面射流的大气边界层风洞试验与数值模拟、不同粗糙地貌条件下壁面射流风场、下击暴流移动增大效应及带协同流壁面射流分析、下击暴流作用下输电塔和输电线风致频域响应及时域分析、输电塔线体系的动力稳定性分析等内容。

目录
前言
第1章 绪论 1
1.1 研究背景 1
1.2 下击暴流研究现状 4
1.2.1 现场实测 4
1.2.2 解析模型 6
1.2.3 试验模拟 7
1.2.4 数值模拟 10
1.3 壁面射流研究现状 11
1.3.1 试验研究 12
1.3.2 数值模拟 13
1.3.3 有协同流壁面射流研究 15
1.3.4 考虑壁面粗糙度的壁面射流研究 16
1.4 下击暴流作用下输电塔风振特性研究 21
1.5 下击暴流作用下输电线响应研究 23
第2章 稳态壁面射流的大气边界层风洞试验 27
2.1 引言 27
2.2 大气边界层风洞中壁面射流风场的模拟实现 27
2.3 光滑壁面射流风场特性研究试验 29
2.3.1 风场试验工况 29
2.3.2 壁面射流风场试验结果分析 30
2.4 本章小结 39
第3章 稳态下击暴流数值模拟方法性能研究 40
3.1 引言 40
3.2 控制方程与湍流模型 40
3.2.1 雷诺平均方程 41
3.2.2 RANS湍流模型参数 42
3.2.3 大涡模拟 45
3.3 壁面射流的二维稳态模拟 46
3.3.1 模型参数 46
3.3.2 湍流模型参数 48
3.3.3 壁面射流无量纲特征分析 48
3.4 平面壁面射流的三维数值模拟 60
3.4.1 计算设置 60
3.4.2 结果和讨论 64
3.5 本章小结 70
第4章 稳态下击暴流出流段风场模型参数化分析 72
4.1 引言 72
4.2 计算模型及方法 72
4.3 平均风剖面 74
4.4 壁面射流参数影响分析 78
4.4.1 雷诺数的影响 78
4.4.2 协同流的影响 80
4.5 冲击射流参数影响分析 83
4.5.1 出流高度的影响 83
4.5.2 雷诺数的影响 84
4.6 下击暴流竖向平均风剖面二维性假设验证 85
4.7 本章小结 87
第5章 不同粗糙地貌条件下壁面射流风洞试验研究 88
5.1 风场试验工况 88
5.2 考虑粗糙度的壁面射流风场试验结果 89
5.2.1 平均风速和湍流特征 89
5.2.2 不同粗糙元布置时壁面射流特征分析 92
5.3 本章小结 99
第6章 非稳态下击暴流风场特性数值模拟与试验研究 100
6.1 非稳态风场数值模拟 100
6.2 非稳态风场风洞试验研究 103
6.2.1 试验工况 103
6.2.2 试验结果与分析 104
6.3 本章小结 109
第7章 下击暴流移动增大效应及带协同流壁面射流分析 110
7.1 引言 110
7.2 下击暴流移动增大效应 110
7.2.1 冲击射流试验 110
7.2.2 移动冲击数值模拟方法验证 112
7.2.3 移动下击暴流数值模拟结果 114
7.3 协同流对壁面射流的增大效应 124
7.3.1 带协同流壁面射流模型验证 124
7.3.2 采用协同流模拟云层平移 126
7.3.3 协同流模型应用 128
7.4 本章小结 129
第8章 下击暴流作用下输电塔顺风向响应频域分析 131
8.1 引言 131
8.2 基于壁面射流风场的塔架结构气动弹性风洞试验 132
8.2.1 实物参数及模型设计与制作 132
8.2.2 风振响应试验结果 136
8.3 输电塔响应的非平稳频域计算方法 139
8.3.1 下击暴流风荷载的基本模型 140
8.3.2 模态分解法求解动力响应 140
8.3.3 背景与共振响应分别求解 142
8.3.4 输电塔时域验算对比方法 144
8.3.5 非平稳数据处理方法 145
8.4 算例与分析 146
8.4.1 计算参数 146
8.4.2 时间调制函数 147
8.4.3 时域分析对比 148
8.4.4 频域计算结果 151
8.4.5 动力响应影响 152
8.4.6 风洞试验对比验证 153
8.5 本章小结 155
第9章 下击暴流作用下输电线风致频域响应 157
9.1 引言 157
9.2 等高差输电线风致响应 157
9.2.1 输电线及风荷载模型 157
9.2.2 时变平均响应 160
9.2.3 背景响应 161
9.2.4 总响应 161
9.3 非等高差输电线风致响应 162
9.3.1 非等高差输电线模型建立 162
9.3.2 风致响应 163
9.4 算例与分析 164
9.4.1 下击暴流风荷载 164
9.4.2 计算结果分析 166
9.5 本章小结 170
第10章 下击暴流作用下输电线风致响应时域计算 172
10.1 引言 172
10.2 有限元模型的建立 172
10.2.1 输电线找形 172
10.2.2 风荷载模拟 175
10.3 等高差工况计算结果 175
10.3.1 几何非线性影响 175
10.3.2 时域计算结果 176
10.4 输电线高差的影响 179
10.5 风向角的影响 181
10.6 本章小结 183
第11章 下击暴流作用下输电塔线体系的动力稳定性分析 184
11.1 引言 184
11.2 输电塔线体系有限元模拟 184
11.2.1 输电塔线模型 184
11.2.2 塔线风荷载 186
11.2.3 稳定性准则 186
11.3 输电塔线系统动态稳定性分析 187
11.3.1 下击暴流和ABL风荷载作用下输电塔线系统响应分析 187
11.3.2 输电塔线系统在不同风攻角下的响应 189
11.3.3 优选风速高度下击暴流对输电塔线系统响应的影响 190
11.3.4 输电塔与输电塔线系统稳定性比较分析 192
11.4 本章小结 193
参考文献 195