一种风沙流场中输电铁塔体型系数的修正方法
【技术领域】：
[0001] 本发明涉及输电铁塔体型系数计算领域，更具体涉及一种风沙流场中输电铁塔体 型系数的修正方法。
【背景技术】：
[0002] 中国西北地区蕴藏着丰富的煤电和风电资源，为实现"西电东送"、"疆电外送"，输 电线路会经过大量的风沙环境地区，在风沙两相流的作用下，杆塔体型系数也将因为风压 与沙粒冲击压的联合作用，发生大幅增加。在沙尘暴多发区仍然按照单纯风压进行杆塔风 荷载设计，安全隐患大大增加。在此背景下，本发明在风沙流与纯气流两种风场下的风洞试 验测力数据的基础上，提出了新的风沙流作用下杆塔节段体型系数的修正方法。
【发明内容】
：
[0003] 本发明的目的是提供一种风沙流场中输电铁塔体型系数的修正方法，准确计算风 沙两相流作用下输电铁塔体型系数。
[0004] 为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种风沙流场中输电铁塔体型系数 的修正方法，包括：
[0005] 在风洞试验场上设置供沙装置和集沙装置模拟风沙两相流风场；
[0006] 建立风洞试验模型，并根据风洞测力试验确定只有风压作用下的所述试验模型体 型系数；
[0007] 在所述风沙两相流风场中，根据所述风洞试验中同一风速和某一沙率下，进行所 述试验模型的测力试验；确定风沙两相流作用下的所述试验模型体型系数；
[0008] 根据所述只有风压作用下的所述试验模型体型系数和所述风沙两相流作用下的 所述试验模型体型系数确定风沙两相流作用下所述试验模型体型修正系数。
[0009] 所述供沙装置设置在直流风洞试验段的最前端的风洞上顶板处，用于；所述集沙 装置安装在所述风洞试验的试验模型的上游处；通过调节风洞入流风速和所述供沙仪输沙 率，形成不同风速和不同风沙流密度组合工况下的风沙两相流风场。
[0010] 所述供沙装置为可控制输沙率的供沙仪；所述集沙装置为阶梯式集沙仪。
[0011] 所述风洞试验模型根据风洞断面尺寸和所选输电铁塔节段尺寸确定节段模型的 几何缩尺比从而进行制作；所述试验模型安装在固定转盘上时，确保所述试验模型体轴X 方向与天平坐标系X轴重合。
[0012] 所述风沙流场应满足在测力模型高度范围内，不同高度处的风沙流密度ph与目 标风沙流密度0基本一致。
[0013] 所述不同高度处风沙流密度P h通过所述阶梯式集沙仪收集到的不同高度处的沙 粒质量Qh和下式确定最终形成的风沙流密度：
[0015] 式中，A-集沙仪进沙口面积（m2) ;Uh-高度h处风速（m/s) ;Qh-采样时间段内集 沙仪收集到的不同高度处的沙粒质量（g) ;Ph-高度h处风沙流密度（g/m3) ;T-风沙流采 样时间。
[0016] 通过调整风速、沙粒粒径、供沙仪下沙管高度，使得各个不同高度处的风沙流密度 P h与目标风沙流密度Ρ基本一致。
[0017] 在风洞试验中的均匀流风场中，进行所述试验模型测力试验，获取来流风垂直于a 面时试验模型体轴坐标系下的分力Fx;转动模型所述固定转盘，获取来流风垂直于b面时 试验模型体轴坐标系下的分力FY;并通过下式计算只有风压作用下的杆塔节段试验模型体 型系数ys,a和μ s,b:
[0019] 式中，Uinlet-来流风速；Sa、Sb -a面与b面实际阻风面积；P -空气密度；所述a 面为所述试验模型的其中一个面；所述b面为所述试验模型a面的邻面。
[0020] 通过获取在所述风沙两相流风场中风沙流垂直于a面时所述试验模型体轴坐标 系下的分力;转动模型所述固定转盘，获取风沙流垂直于b面时所述试验模型体轴坐标 系下的分力并通过下式计算风沙两相流作用下的杆塔节段体型系数
[0022] 与目标风沙流密度#对应，分别计算节段模型a面和b面的体型系数修正系数ζ a 和Q
ο
[0024] 和最接近的现有技术比，本发明提供技术方案具有以下优异效果
[0025] 1、本发明技术方案依据该方法提供的风场流场下体型系数修正系数，使得在现有 杆塔风荷载计算框架下，更全面的考虑风沙两相流作用对杆塔风荷载的放大效应，更准确 的计算沙尘暴多发区杆塔风荷载成为可能；
[0026] 2、本发明技术方案为避免此类环境下杆塔破坏提供了理论保障；
[0027] 3、本发明技术方案；对于提高风沙流作用下杆塔风荷载计算精度具有重要意义；
[0028] 4、本发明技术方案减少在沙尘暴多发区的输电杆塔的安全隐患。
【附图说明】
[0029] 图1为本发明实施例输电铁塔体型系数与来流风向的对应关系示意图；
[0030] 图2为本发明实施例风沙流场调试图；
[0031] 图3为本发明实施例风沙流场风沙流密度分布图图；
[0032] 图4为本发明实施例风沙两相流风洞试验模型加工图；
[0033] 其中，1-供沙仪；2-阶梯式集沙仪；3-测力节段模型；4-模型固定转盘。
【具体实施方式】
[0034] 下面结合实施例对发明作进一步的详细说明。
[0035] 实施例1 :
[0036] 本例的发明提供一种风沙流场中输电铁塔体型系数的修正方法，包括：按照图2 所示，在风洞来流的上风侧风洞顶板处加装一排供沙仪，调节输沙率；在靠近试验模型固定 转盘上风侧约lm处，放置阶梯式集沙仪，通过测量30s时间内采集到的风沙质量，计算得到 作用在输电铁塔模型上的风沙流密度。在15m/s风速下，调节输沙率为0.0 lg/ (cm2 -s)，最 终生成的风速流密度场随高度变化如图3所示，其在40-lOOcm的试验高度范围内，不同高 度处的风沙流密度基本接近目标风沙流密度5g/m3。
[0037] 所选取的测试对象为某型钢管塔，高10. 5m，风洞试验断面高3m，考虑到试验风速 较高，为避免过高的模型刚度不足而发生大幅抖动，最终选用的钢管塔模型几何缩尺比为 1:10,所得塔身模型加工图如图4所示，加工制作的风洞试验模型。在15m/s的入流风速下， 进行节段模型测力试验，获取来流风垂直于a面时，如图1所示，节段模型体轴坐标系下的 分力匕为49. 38N，转动模型固定转盘，获取来流风垂直于b面时