Экспериментальное исследование характеристик скачка одиночного льда.

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 5172 (2023) Цитировать эту статью

353 доступа

Подробности о метриках

При косых направлениях ветра иногда наблюдается галопирование обледенелых линий электропередачи. Однако большинство современных исследований механизмов галопирования проводятся для потока, перпендикулярного пролету линий электропередачи. Чтобы устранить этот пробел, в настоящем исследовании изучаются характеристики галопирования обледенелых линий электропередачи при наклонных потоках на основе испытаний в аэродинамической трубе. Ветровое смещение модели линии электропередачи с аэроупругим обледененным покрытием было измерено с помощью оборудования для бесконтактного измерения смещения в аэродинамической трубе при различных скоростях и направлениях ветра. Результаты показывают, что галопу свойственны эллиптические траектории и отрицательное затухание, которое чаще встречается при косых потоках, чем при прямом (0°). При направлении ветра 15° наблюдалось галопирование в вертикальном направлении при скорости ветра более 5 м/с. При направлении ветра 30° галопирование наблюдалось во всем диапазоне тестируемых скоростей ветра. При этом амплитуды галопа при косых течениях наблюдаются больше, чем при прямом. Следовательно, когда направление ветра между основным азимутом зимнего муссона и боковым направлением трассы линии электропередачи составляет от 15° до 30°, на практике настоятельно рекомендуется использовать соответствующие устройства против галопирования.

Скачкообразное движение обледенелой линии электропередачи характеризуется как низкочастотные автоколебания большой амплитуды при ветровом возбуждении. Галопирование может привести к усталости и повреждению линий электропередачи и проводной арматуры. Более того, это может даже привести к обрушению опоры электропередачи1. Галопирующий механизм обледенелых линий электропередачи является актуальной проблемой в предотвращении стихийных бедствий и смягчении их последствий в системах линий электропередачи. Аналитические методы, численное моделирование, полевые измерения и испытания в аэродинамической трубе являются основными методами изучения механизма галопирования обледенелых линий электропередачи.

Что касается аналитических теорий галопа, Ден Хартог2 предложил упрощенную квазистационарную модель с одной степенью свободы для рассмотрения вертикальной вибрации. Найджел3 предложил механизм галопа с крутильным возбуждением, расширив теорию Дена Хартога. Ю и др.4,5 разработали механизм инерционной связи. Показано, что за счет изменения угла атаки, вызванного эксцентричной инерцией вследствие обледенения, подъемная сила обеспечивает положительную обратную связь с боковой вибрацией, образуя, таким образом, существенное явление галопа. С использованием вышеупомянутых аналитических методов обсуждаются условия возникновения и факторы, влияющие на скачок. Следовательно, понимание галопа было улучшено для практики. Лю и др.6 добавили внешнюю возбуждающую нагрузку к основному уравнению обледенелых линий электропередачи, основанному на условиях стабильного ветра, тем самым создав новую модель вынужденной самовозбуждающейся вибрации для галопа. Лю и др.7 проанализировали точность приближенных решений, полученных методом возмущений для уравнений галопирования. На основе этих исследований были предложены теоретические критерии проектирования, которые помогут ограничить или устранить скачки линий электропередачи. Однако в практической инженерии иногда галопирование даже выходит за пределы условий, рассчитанных на основе классических теорий, что указывает на необходимость дальнейшего рассмотрения более сложных реалистичных ситуаций.

Предпринимаются массовые попытки смоделировать скачкообразный процесс линий электропередачи с помощью численных методов. Основываясь на теории пространственного искривленного луча, Ян и др.8,9 разработали два типа моделей скачкообразного движения обледенелого проводника, а именно, модель конечного искривленного луча и смешанную модель, для моделирования скачкообразного движения линий электропередачи. В результате была предложена формула критической скорости ветра. Ву и др.10 использовали коммерческое программное обеспечение CFD FLUENT для моделирования потока воздуха вокруг двух проводников пучка. Предложен метод численного моделирования колебаний следа, подтвержденный данными аэродинамической трубы. Результаты показали, что при галопировании траектория субпроводника близка к горизонтальному эллипсу. Мейнен и др.11 численно смоделировали характеристики энерговложения одного проводника, решив двумерную задачу о ламинарном цилиндре простых гармонических колебаний. Клуния и др.12 проанализировали усталостную долговечность линии электропередачи с помощью численного моделирования в ламинарном и турбулентном потоке. Десаи и др.13 предложили кабельный элемент с крутильной степенью свободы для имитации обледенелого проводника. Сюн и др.14 провели модальный анализ обледенелых проводников и определили их галопирующие характеристики с помощью трехмерной модели изогнутой балки. Чжан и др.15 провели аэроупругие испытания четырех связанных проводников и проанализировали режимы вибрации с учетом различных типов изоляторов. На основе этих исследований можно численно воспроизвести галопирующий процесс линий электропередачи. Обсуждалось взаимодействие между ветром и линиями электропередачи. Однако из-за сложности и недостатков расчета точности и эффективности их применение в практической инженерии было ограничено.