一種確定水平運(yùn)動(dòng)下?lián)舯┝黠L(fēng)剖面的方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種確定水平運(yùn)動(dòng)下?lián)舯┝黠L(fēng)剖面的方法，包括以下步驟：步驟1：模擬下?lián)舯┝鞯纳淞髂Ｐ?；步驟2：將射流模型轉(zhuǎn)化為數(shù)值計(jì)算模型；步驟3：確定水平運(yùn)動(dòng)下?lián)舯┝黠L(fēng)剖面。本發(fā)明基于全尺寸計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)（Computational?Fluid?Dynamics，CFD）模擬結(jié)果，提出了下?lián)舯┝鞯娘L(fēng)速計(jì)算公式，為工程設(shè)計(jì)提供理論參考，該發(fā)明形式簡(jiǎn)潔、考慮因素周全，精度高，且計(jì)算高效。
【專利說(shuō)明】 —種確定水平運(yùn)動(dòng)下?lián)舯┝黠L(fēng)剖面的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于線路風(fēng)載荷【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種確定水平運(yùn)動(dòng)下?lián)舯┝黠L(fēng)剖面的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]下?lián)舯┝鳛槔妆┨鞖庵屑彼傧鲁翚饬髅土易矒舻孛婧笮纬傻囊环N強(qiáng)風(fēng)。該強(qiáng)風(fēng)的水平風(fēng)速在近地面區(qū)域內(nèi)隨高度增大而迅速增加，在較小的高度處(20?100m)即達(dá)到峰值速度(峰值速度可達(dá)70m/s)，這對(duì)落在強(qiáng)風(fēng)影響高度范圍內(nèi)的建筑物如輸電鐵塔等具有極強(qiáng)的破壞力。如2005年6月14日，下?lián)舯┝饕l(fā)了江蘇泗陽(yáng)500kV任上5237線一次性傳到10座輸電塔的事故；根據(jù)美國(guó)、澳大利亞及南非等國(guó)對(duì)輸電塔倒塔事故原因的分析，50%以上與天氣災(zāi)害相關(guān)的輸電塔倒塔事故均是在下?lián)舯┝骰蛘啐埦盹L(fēng)等強(qiáng)風(fēng)災(zāi)害引起的。
[0003]近年來(lái)，受全球氣候惡化的影響，不僅下?lián)舯┝鞯某霈F(xiàn)頻率增高而且其災(zāi)難性后果也越發(fā)嚴(yán)重，這使得國(guó)內(nèi)外科研人員針對(duì)下?lián)舯┝鞯娘L(fēng)場(chǎng)特性繼續(xù)開(kāi)展了大量的研究工作，如現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)、基于縮比模型的試驗(yàn)和數(shù)值模擬研究以及風(fēng)剖面的經(jīng)驗(yàn)公式研究等。但工程設(shè)計(jì)不可能等待現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)的下?lián)舯┝黠L(fēng)剖面結(jié)果，而試驗(yàn)?zāi)M與數(shù)值模擬的周期較長(zhǎng)、費(fèi)用昂貴，因此，形式簡(jiǎn)潔、計(jì)算高效的風(fēng)剖面經(jīng)驗(yàn)公式在工程設(shè)計(jì)領(lǐng)域得到了廣發(fā)的應(yīng)用，并且科研人員也在不斷改進(jìn)相關(guān)的風(fēng)剖面公式，使其更為逼近實(shí)測(cè)結(jié)果。
[0004]以往的風(fēng)剖面經(jīng)驗(yàn)公式研究幾乎全部集中在軸對(duì)稱穩(wěn)態(tài)風(fēng)剖面的擬合上，并且得到了豐富的研究成果；但是下?lián)舯┝鞑粌H包括了軸對(duì)稱穩(wěn)態(tài)情況，同樣還有水平運(yùn)動(dòng)的下?lián)舯┝?，并且這種下?lián)舯┝髟谄溥\(yùn)動(dòng)方向上的風(fēng)速更強(qiáng)，更容易造成高層建筑如輸電鐵塔等的破壞。對(duì)于運(yùn)動(dòng)下?lián)舯┝鞯娘L(fēng)剖面研究，只有Holmes等人[Holmes, J.D, Oliver7S.E.,2000.An empirical model of a downburst.Engineering Structures, 22,1167-1172]提出了下?lián)舯┝髌絼?dòng)速度與穩(wěn)態(tài)風(fēng)剖面速度直接線性疊加來(lái)計(jì)算運(yùn)動(dòng)風(fēng)剖面的方法。但由于下?lián)舯┝髁鲃?dòng)的強(qiáng)分線性特性，僅采用線性疊加方法來(lái)進(jìn)行速度疊加，會(huì)錯(cuò)誤地預(yù)測(cè)非線性風(fēng)場(chǎng)內(nèi)的風(fēng)速。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種確定水平運(yùn)動(dòng)下?lián)舯┝黠L(fēng)剖面的方法，基于全尺寸計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)(Computational Fluid Dynamics, CFD)模擬結(jié)果,提出了下?lián)舯┝鞯娘L(fēng)速計(jì)算公式，為工程設(shè)計(jì)提供理論參考，形式簡(jiǎn)潔、精度高，且計(jì)算高效。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采取如下技術(shù)方案:
[0007]提供一種確定水平運(yùn)動(dòng)下?lián)舯┝黠L(fēng)剖面的方法，所述方法包括以下步驟:
[0008]步驟1:模擬下?lián)舯┝鞯纳淞髂Ｐ停?br> [0009]步驟2:將射流模型轉(zhuǎn)化為數(shù)值計(jì)算模型；
[0010]步驟3:確定水平運(yùn)動(dòng)下?lián)舯┝黠L(fēng)剖面。
[0011 ] 所述步驟I中，基于計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)，并采用三維N-S方程模擬水平運(yùn)動(dòng)下?lián)舯┝鞯纳淞髂Ｐ停ㄟ^(guò)RSM湍流模型封閉三維N-S方程。
[0012]所述三維N-S方程包括質(zhì)量方程和動(dòng)量方程；
[0013]其中質(zhì)量方程為:
【權(quán)利要求】
1.一種確定水平運(yùn)動(dòng)下?lián)舯┝黠L(fēng)剖面的方法，其特征在于:所述方法包括以下步驟: 步驟1:模擬下?lián)舯┝鞯纳淞髂Ｐ停? 步驟2:將射流模型轉(zhuǎn)化為數(shù)值計(jì)算模型； 步驟3:確定水平運(yùn)動(dòng)下?lián)舯┝黠L(fēng)剖面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的確定水平運(yùn)動(dòng)下?lián)舯┝黠L(fēng)剖面的方法，其特征在于:所述步驟I中，基于計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)，并采用三維N-S方程模擬水平運(yùn)動(dòng)下?lián)舯┝鞯纳淞髂Ｐ?，通過(guò)RSM湍流模型封閉三維N-S方程。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的確定水平運(yùn)動(dòng)下?lián)舯┝黠L(fēng)剖面的方法，其特征在于:所述三維N-S方程包括質(zhì)量方程和動(dòng)量方程； 其中質(zhì)量方程為:
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的確定水平運(yùn)動(dòng)下?lián)舯┝黠L(fēng)剖面的方法，其特征在于:所述步驟2的將射流模型轉(zhuǎn)化為數(shù)值計(jì)算模型中，利用邊界條件來(lái)施加計(jì)算參數(shù)；所述邊界條件包括下?lián)舯┝魉俣热肟?、壓力出口和無(wú)滑移地面； 所述計(jì)算參數(shù)包括下?lián)舯┝魅肟诟叨?、入口直徑、入口速度和水平運(yùn)動(dòng)速度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的確定水平運(yùn)動(dòng)下?lián)舯┝黠L(fēng)剖面的方法，其特征在于:所述步驟3包括以下步驟: 步驟3-1:對(duì)風(fēng)剖面進(jìn)行無(wú)量綱化處理； 步驟3-2:計(jì)算水平運(yùn)動(dòng)下?lián)舯┝鞯娘L(fēng)速V' Ε；Το
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的確定水平運(yùn)動(dòng)下?lián)舯┝黠L(fēng)剖面的方法，其特征在于:所述步驟3-1中，利用下?lián)舯┝鞯娜肟谒俣葘?duì)計(jì)算得到的U2進(jìn)行無(wú)量綱化，并利用下?lián)舯┝鞯娜肟谥睆綄?duì)下?lián)舯┝鞯摩谱鴺?biāo)進(jìn)行無(wú)量綱化。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的確定水平運(yùn)動(dòng)下?lián)舯┝黠L(fēng)剖面的方法，其特征在于:所述步驟3-2中，采用非線性修正方法計(jì)算水平運(yùn)動(dòng)下?lián)舯┝鞯娘L(fēng)速V Ε；τ ； V' Ε；τ表示為: V' ε,τ = VE+f(R) XUt (4) 其中，Vk為對(duì)應(yīng)的位置R處的靜態(tài)下?lián)舯┝鞯娘L(fēng)速，且滿足Vk=U2 ；Ut為下?lián)舯┝魉竭\(yùn)動(dòng)速度，其中f(R)表示為: 其中，Rumax為最大水平風(fēng)速的徑向坐標(biāo)，erf (R)表示為:
【文檔編號(hào)】G06F17/50GK103473386SQ201310246575
【公開(kāi)日】2013年12月25日 申請(qǐng)日期:2013年6月20日 優(yōu)先權(quán)日:2013年6月20日
【發(fā)明者】黨會(huì)學(xué), 楊風(fēng)利, 楊靖波 申請(qǐng)人:國(guó)家電網(wǎng)公司, 中國(guó)電力科學(xué)研究院, 湖南省電力公司, 江蘇省電力公司電力科學(xué)研究院