覆冰导线群的动态气动力特性

针对我国电力线路严重驰振区的实际情况进行了覆冰导线群的动态气动力特性测试。试验模拟驰振发生时的扭转振荡,比较两种典型的覆冰导线模型的静态和动态的气动力特性。讨论了准静态假设在覆冰导线群的驰振分析中的适用性。覆冰导线模型的静态气动力特性测试可以给出动态气动力的主要特征。但是在覆冰导线的驰振分析中确定驰振发生的最低风速等条件时,需要考虑动态气动力负阻尼与静态试验结果的差别。     

覆冰四分裂导线静态气动力特性试验

覆冰四分裂导线的空气动力特性,由于覆冰子导线尾流的相互干扰可能不同于覆冰单导线。针对两种不同冰型制作覆冰四分裂导线模型,通过风洞试验测试获得不同冰厚和不同风速下覆冰四分裂导线静态空气动力系数随攻角的变化曲线。结果表明,在一定的攻角下,子导线尾流相互干扰对空气动力系数有明显影响。所得试验结果为覆冰四分裂导线的舞动及其防止技术的研究提供必要的数据。     

覆冰导线群的静气动力特性

本文工作针对电力线路严重驰振区的实际情况，系统地进行了三分裂覆冰导线的气动力特性测试。试验结果给出两类曲型覆冰导线模型截然不同的气动力特性，详细分析了多导体电力线路子导线尾流间的相互作用和冰厚、风速等因素对气力特性的影响。     

特高压八分裂导线尾流驰振研究

由于多分裂导线的子导线排列密集,尾流引起的驰振问题可能会严重危害输电系统的安全运行。为研究特高压八分裂导线的尾流驰振特征,通过风洞试验测量了八分裂导线各子导线的气动力系数随风攻角的变化情况,可以看出：由于子导线之间尾流的干扰,八根子导线的气动力系数存在较明显差异,尤其是当子导线处于上风子导线的尾流区时,作用于其上的阻力会明显下降;同时,利用 ABAQUS 有限元软件模拟研究了档距分别为308 m和405 m 的两条八分裂孤立档线路的尾流驰振过程,基于该数值模拟结果,可以分析得到：八分裂导线尾流驰振存在一个临界风速,当风速小于临界风速时,没有发生尾流驰振现象;当线路发生尾流驰振时,子导线的运动轨迹近似为椭圆;在相同风速下,大档距线路的尾流驰振幅值大于小档距线路。     

湍流度对覆冰八分裂导线舞动的影响分析

受地面粗糙度的影响,越靠近地面,湍流度越高。采用风洞试验可发现不同湍流度下覆冰八分裂导线的空气动力系数存在较大的差异,且由气动系数确定的Den Hartog系数和Nigol系数也不相同。基于试验结果,利用有限元软件分析了不同湍流度下覆冰八分裂导线的舞动现象。结果表明,湍流风作用下,导线舞动现象更为明显,且增大了起舞风攻角范围。最后,讨论了不同参数对分裂导线舞动的作用,获得了风速、风攻角及线路档距对湍流风作用下导线舞动的影响规律,对覆冰八分裂导线舞动特性及防舞的后续研究有一定的参考意义。     

覆冰导线气动力特性风洞试验研究

针对新月形和D形两种典型断面的特(超)高压大截面厚覆冰导线进行了气动力系数风洞测试,获取了0°～180°以5°攻角为间隔各攻角下的气动三分力系数,用均匀流和均匀湍流两种风场研究湍流对覆冰导线气动力特性的影响,根据Den Hartog理论分别计算了两种断面覆冰导线可能发生舞动的风攻角范围。结合以往试验结果,归纳了两类覆冰冰型气动力特征。试验结果表明:新月形覆冰导线可能发生Den Hartog舞动的攻角范围为15°～30°和175°～180°,D形覆冰导线则为65°～85°及135°～150°,湍流对导线舞动气动稳定性存在影响。与以往试验结果比较表明:本试验结果能够反映大覆冰新月形和D形覆冰导线气动力特征,小覆冰新月形导线气动力特性则与本试验存在较大差异。     

厚覆冰导线升力突变机理及数值模拟研究

针对新月形厚覆冰导线的升力系数在风攻角15°附近存在突变的问题,分别采用基于k-ωSST湍流模型的雷诺时均法和大涡模拟(LES)的数值方法对新月形厚覆冰导线在风攻角10°~20°范围进行了模拟。通过对比两种数值方法计算得到的覆冰导线气动力系数、流场结构和表面风压,发现LES方法能够更好地捕捉新月形覆冰导线表面的小尺度涡结构,得到的覆冰导线气动力参数计算结果与风洞试验数据高度吻合;而k-ωSST湍流模型难以模拟壁面上小尺度涡,捕捉不到升力系数的突变。根据覆冰导线不同壁面区域的压力分布,发现上侧壁面处的涡结构影响整体流场,并在下侧壁面曲率、来流夹角和壁面切线方向共同作用下导致升力系数突变。LES的气动力参数模拟结果可为覆冰导线防舞提供参考。     

线阵CCD在风洞轨迹测量试验技术中的应用研究

针对风洞试验中轨迹测量问题,设计了由3个一维线阵CCD成像单元组成的实时空间位移测量系统。提出了一种基于特征边缘提取的组合特征定位WBT算法,可以有效提高系统精确度和抗振动干扰能力。应用该系统在风洞中测量了覆冰导线的舞动轨迹,完成了导线舞动规律研究。     

临界雷诺数区准椭圆形覆冰导线风压特性研究

采用刚性模型进行测压试验,得到了不同雷诺数下准椭圆形覆冰导线的风压分布规律,通过对比平均风荷载、脉动风荷载及风荷载谱等参数,分析了雷诺数对风荷载以及横风向驰振稳定性的影响。当雷诺数达到临界区,与亚临界区的对应值相比,平均阻力系数下降、平均升力系数随风向角变化幅度大且在某些对称工况产生横风向平均升力系数;平均风压系数分布对风向角等参数更为敏感。旋涡脱落由亚临界区的规则脱落变为不规则脱落,周向风压相关性减弱,特征频率消失。临界区内平均升力系数急剧的下降段使得结构更易发生横风向驰振。     

大比例主梁节段模型涡激振动风洞试验分析

节段模型风洞试验是预估大跨度桥梁主梁涡激振动响应的有效途径之一。大比例主梁节段模型（通常为1：15～1：20）几何尺度更大,试验雷诺数更接近实桥值,同时在模型加工制作方面也可更精确地模拟主梁细节。通过一扁平钢箱梁1：20大比例节段模型试验,优化了检查车轨道位置,分析了涡激振动典型现象如振幅、涡振区与阻尼、Scruton数关系,迎角与斯托劳哈数5￡关系,双竖向涡振区等,为节段模型涡振试验结果向实桥拓展提供理论与试验基础。     

多段翼构型的积冰数值模拟

基于非结构网格提出一种针对多段翼构型的积冰数值模拟方法.通过求解气体欧拉方程得到多段翼的绕流流场,基于空气绕流流场的气流速度分布,采用迭代法对水滴控制方程进行数值求解,得到多段翼各翼面的水滴收集特性;采用不同的积冰冻结模型模拟霜冰和明冰的冻结过程;利用冰层时间推进法模拟积冰过程,基于积冰法向生长假设生成积冰外形.对某典型三段翼霜冰和明冰的结冰情况进行了预测研究,根据多段翼的流场特点提出一种明冰冻结模型的求解思路,并分析了积冰对多段翼性能的影响.      

H型截面细长杆件颤振稳定性试验研究

通过节段模型与气弹模型风洞试验,研究了不同腹板开孔率的H型细长结构的风致颤振失稳特性.试验中H型杆件的腹板与翼板宽的比值为2.4,试验研究均在均匀流中进行,来流风为横桥向时定义为0°风偏角.节段试验研究发现,腹板开孔的细长H型截面杆件在20°风偏角附近较低风速下即可发生扭转颤振失稳,发生扭转颤振失稳的风偏角区间受腹板开孔大小影响明显.腹板开孔率38%的模型在0°附近及10°＜β＜30°偏角区间存在扭转颤振失稳,开孔率27%的模型颤振失稳区间为10°＜β＜30°,而14%开孔率的模型颤振失稳区间仅为15°＜β＜25°.腹板无开孔的模型在0°≤β＜10°偏角内较低风速下即可发生弯曲驰振,风偏角增大后,个别偏角下会发生扭弯颤振.腹板开孔为14%与27%的模型试验中没有观测到弯曲驰振现象,而开孔率为38%的模型在80°≤β≤90°偏角内可发生弯曲驰振,可见适度的腹板开孔可有效改善细长H型截面杆件的弯曲驰振稳定性.开孔率为27%的气弹模型试验验证了节段模型扭转颤振失稳及驰振稳定性的结果.     

民用飞机机翼结冰试验与数值预测

描述了某民用飞机在意大利IWT（icing wind tunnel）冰风洞的机翼结冰试验结果.根据冰风洞试验状态点,开展了基于拉格朗日方法和Messinger模型的冰形数值预测,并对试验冰形和数值预测冰形进行了对比分析.霜冰的数值预测结果与试验结果一致性良好,对于明冰,数值结果和试验结果存在一定的差异,原因在于:①明冰结冰过程中较强的绕流变化增大了冰积聚非定常效应对数值预测的影响;②采用的结冰热力学模型对明冰的模拟存在一定局限性;③明冰对于冰风洞设备工况和试验模型表面粗糙度的影响更为敏感.      

航空发动机吞冰损伤一体化数值模拟平台搭建与验证

为了给航空发动机在进气条件下的吞冰损伤物理试验提供多方案快速优化的数值参考,建立了航空发动机叶片吞冰损 伤快速分析的数值模拟方法和流程,并形成了1套软件系统。该系统通过研究发动机进气吞冰过程中冰体6自由度运动姿态和轨 迹的流场快速模拟方法,建立了吞冰流场的数值仿真模型;通过冰体的本构模型及冰体撞击叶片损伤效应的系统研究,准确建立 了叶片损伤模型;将吞冰流场计算和冰撞击过程计算进行了一体化耦合,形成了航空发动机叶片吞冰损伤的快速分析软件系统, 建立了冰块运动姿态、冰块撞击叶片破碎过程及轨迹预测的一体化仿真流程。结果表明：数值计算方法能够有效预测冰块运动轨 迹和撞击变形量,变形量误差不大于8%;该软件系统有效地解决了吞冰损伤复杂过程有限元模型的自动生成问题,极大地提高了 分析效率,可有效节约试验成本、提高试验效率。     

航空发动机热气防冰结构的冲击换热特性研究

为了验证冲击换热特性在热气防冰结构中的适用性,利用数值模拟方法对典型热气防冰系统整流支板中的冲击换热结构进行了研究。根据相应的换热试验简化了计算模型,利用该模型计算了冲击距离、冲击孔直径、冲击孔间距和Re对热气防冰系统冲击结构换热能力的影响,验证了整流支板中冲击换热结构的换热规律与单独冲击换热结构的一致性,并获得了热气防冰系统中其他结构对冲击换热结构换热的影响规律。计算结果表明：减小冲击距、增加孔径、减小孔间距及增大Re都能够增强换热能力。     

考虑模型抖振力跨向不完全相关性效应的气动导纳识别

首先通过考虑节段模型上抖振力跨向不完全相关性效应推导了节段模型风洞试验中作用在模型断面上的分布抖振力谱和由底支式天平测到的模型总抖振力谱之间的关系。然后,以准平板断面为例,进行了格栅湍流场节段模型的测力和同步测压试验,获得了模型总抖振力谱以及模型抖振力跨向相关性函数。接着,采用等效导纳法以及抖振力自谱和抖振力脉动风速交叉谱综合残量最小二乘法分别识别了准平板节段模型等效气动导纳和六分量气动导纳,讨论了模型抖振力跨向不完全相关性效应对气动导纳识别结果的影响,并把识别得到的准平板断面气动导纳与平板断面气动导纳的理论结果——Sears函数进行了比较。结果表明：忽略抖振力跨向不完全相关性效应（即假设节段模型分布抖振力沿跨向完全相关）而直接采用平均抖振力作为断面上分布抖振力的传统方法会导致气动导纳识别结果偏小,并且,其偏小程度会随着频率的增加而增加;此外,相对于抖振升力和扭矩相关的气动导纳分量而言,由于抖振阻力的跨向相关性比抖振升力和扭矩的跨向相关性显得更弱,因此抖振力跨向不完全相关性效应对阻力相关气动导纳分量识别结果的影响更大;利用识别得到的六分量气动导纳反算的作用在模型上的分布抖振力谱与试验中实测结果非常接近,经抖振力跨向不完全相关性效应修正后的竖向脉动风速对应的升力和扭矩气动导纳分量的识别结果与Sears函数也比较接近,从而验证了用于六分量气动导纳识别的自谱-交叉谱综合最小二乘法的可靠性。     

基于风洞试验的大跨度悬索桥涡振性能研究及评价

目前研究大跨度桥梁涡振性能的主要手段是节段模型风洞试验,而如何利用试验结果对桥梁进行全面细致的评价也需予以关注。以某大跨度悬索桥为工程背景,在阻塞度较小的XNJD-3大型风洞中进行1∶20大比例尺节段模型涡激振动试验,分析了阻尼、风迎角等因素对涡振响应的影响。最后考虑高阶振型的影响,将振幅换算到高阶模态,引入《公路桥梁抗风设计规范》以及英国BS5400规范对桥梁的涡激振动性能进行评价,为今后利用节段模型试验结果来评价实桥的涡振性能提供了借鉴。     

基于分裂激盘的进气道/ 风扇联合流场计算

为对进气道和风扇联合流场一体化进行计算,在常规激盘模型理论的基础上建立了改进的分裂激盘模型,并通过数值模拟方法与原模型进行对比,验证了分裂激盘模型相对常规激盘模型的准确性。通过使用分裂激盘模型对压气机部分模化,分析了包含分裂激盘模型的进气道风扇联合流场数值模拟问题。研究表明:分裂激盘模型可以有效地消除激盘模型假设产生的误差,数值模拟结果更接近全3维模拟结果,为进/发一体化联合流场的数值模拟提供1种可行的准确方法。     

斜拉桥拉索风雨激振理论模型和机理研究

斜拉桥拉索风雨激振的机理研究是国际风工程和桥梁工程领域的著名难题。本文设计、制作了可方便调节拉索模型倾角和风向角的试验装置以及用于测压试验的带人工雨线的拉索模型,并在风洞中进行了细致的试验。试验得到了具有典型倾角的拉索在不同风向角下,拉索和水线模型上的平均风压和脉动风压系数,以及气动力系数。在此基础上,建立了拉索风雨激振新的理论模型,计算分析了节段三维拉索的风雨激振响应及其机制。     

基于涡激力偏相关的大跨度桥梁涡激振动线性分析方法

周期性旋涡脱落会使大跨度桥梁产生涡激振动,与旋涡脱落密切相关的涡激力沿跨向并不完全相关。基于Scanlan涡激力经验线性模型,研究了涡激力沿跨向的相关性。通过Fourier变换得到二维力谱到三维广义力谱的转换关系,定义了二维与原型桥梁涡振响应之间的折减系数,给出了将节段模型涡振试验结果应用到原型桥梁的具体理论方法。最后,通过不同缩尺比的节段模型风洞试验及全桥气弹模型风洞试验验证了本文理论的有效性。