架空輸電線微風振動強化換熱特性研究.pdf

1、本課題受國家自然科學基金項目《熱力耦合場中高壓架空輸電線微風振動效應與疲勞壽命評估》（批準號：51578512）的資助。高壓架空輸電是我國電力供應的主要模式。隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，用電需求日益激增，用電高峰期電網(wǎng)輸送能力的瓶頸問題日益突出。在保證電網(wǎng)安全運行的前提下，對既有高壓輸電線路進行擴容改造，適當提高現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定的高壓輸電導線運行溫度，可以增大電力系統(tǒng)穩(wěn)定載流量，從而提高并充分挖掘輸電線路輸送潛力，降低因新建高壓輸電線路而帶來的

2、各種投資成本和社會成本，這對我國經(jīng)濟和社會的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。
　　在高壓架空輸電線的正常運行工作中，載流引起的焦耳熱是輸電線溫升的重要因素，因此，在輸電線與外環(huán)境之間實現(xiàn)高效快速的熱交換，是保證線路高載流量和穩(wěn)定輸送能力的重要保證。在目前技術條件下，輸電線與外環(huán)境之間熱交換的主要途徑是導線與外環(huán)境溫差引起的對流散熱（包括自然對流和強制對流）。在強制對流散熱模式下，來流風同時還會引起輸電線的振動，其中，微風振動發(fā)生的概率最大

3、，持續(xù)的時間最長。在以往的研究中，圍繞輸電線風致振動問題的研究一直是個熱點，但是研究重心大都集中在輸電線受力性能的角度上，對于風致振動影響輸電線對流散熱性能的研究則相對不足。事實上，從傳熱學和電工學的角度來看，長時間適度的風致振動（如微風振動）對輸電線對流散熱有較好的加強作用，因而可以提高線路的穩(wěn)定載流量。因此，從保證線路動態(tài)增容最大載流量，滿足高峰期用電需求功能的角度出發(fā)，深入研究高壓架空輸電線微風振動強化換熱特性，具有重要的理論意義

4、和研究價值，同時也可以為高壓輸電線路的日常管理維護提供技術支持。
　　本文基于計算流體力學和結(jié)構動力學的方法，對輸電單導線固定繞流特性以及換熱特性進行了研究，采用Fluent動網(wǎng)格技術以及結(jié)構動力學方法建立了流固耦合的數(shù)學模型，并將計算結(jié)果與文獻結(jié)果進行對比，驗證了本文流固耦合方法的正確性。在上述工作的基礎上，采用流固耦合方法針對單導線和雙分裂導線在不同工況下的氣動力特性、繞流特性、振幅響應以及換熱特性進行了研究。研究的具體內(nèi)容及

5、結(jié)論如下：
　　第一，首先利用流體力學軟件Fluent研究了固定單導線氣動特性及微風振動時的換熱特性，在考慮恒熱流以及恒壁溫兩種邊界條件的基礎上，對模擬結(jié)果與文獻實驗關聯(lián)式進行了對比，驗證了模擬結(jié)果的準確性，擬合了符合實際導線運行環(huán)境下努塞爾數(shù)隨雷諾數(shù)變化的公式。
　　第二，采用Fluent動網(wǎng)格技術以及結(jié)構動力學方法針對雷諾數(shù)Re=200的單圓柱渦激振動進行了數(shù)值模擬，并與文獻結(jié)果對比，驗證了本文模擬方法的正確性，在此基礎