沙尘暴期间粉尘颗粒对输电线施加的应力的计算方法技术

一种沙尘暴期间粉尘颗粒对输电线施加的应力的计算方法，包括以下步骤：S1：以输电线在空间所占的体积为依据，获得沙尘暴期间粉尘颗粒与输电线发生碰撞的概率α；S2：以弹性碰撞模型和颗粒运动方程为基础，模拟沙尘暴期间单颗粉尘颗粒与输电线碰撞的过程；S3：从单颗粉尘颗粒与输电线碰撞的模拟中，获得单颗粉尘颗粒对输电线所施加的作用力；S4：依据单颗粉尘颗粒对输电线所施加的作用力、粉尘颗粒质量浓度c和粉尘颗粒与输电线发生碰撞的概率α，获得粉尘颗粒对输电线施加的应力。获得粉尘颗粒对输电线施加的应力。获得粉尘颗粒对输电线施加的应力。

【技术实现步骤摘要】
沙尘暴期间粉尘颗粒对输电线施加的应力的计算方法


[0001]本专利技术涉及输电线施工架线分析
，特别涉及一种沙尘暴期间粉尘颗粒对输电线施加的应力的计算方法。

技术介绍

[0002]输电线路作为国家经济建设的生命线工程，其正常运作保障了国家的经济发展和人名的生命财产安全。在西北沙漠地区有着丰富的风能和太阳能资源，近年来，为了有效地利用这些资源，建设了大量的风力发电站和光伏发电站，为了对发电站的电力实现外送，需要在沙漠地区架设大量的输电线路，在架设时，需要对这些地区的输电线路予以合理的设计。由于沙漠地区容易发生沙尘暴天气，因此，在对输电线路设计时，需要综合考虑沙尘天气中沙尘两相流对输电线路的影响，因此，对沙尘暴期间输电线的动力学行为进行研究是输电线设计中需要考虑的重要因素，但在现有技术的研究中，仅仅考虑了风荷载的影响，忽略了粉尘颗粒对输电线的影响。

技术实现思路

[0003]有鉴于此，有必要提供一种能够预测沙漠地区输电线在沙尘暴期间所受作用力的沙尘暴期间粉尘颗粒对高压输电线施加的应力的计算方法，为沙尘暴期间输电线的动力学行为研究提供重要的初边值条件，使沙尘暴期间输电线的动力学行为研究更加精准和合理，为沙漠地区输电线路架设提供可靠和合理的依据，提高沙漠地区输电线路架设和电力输送的安全性。
[0004]一种沙尘暴期间粉尘颗粒对输电线施加的应力的计算方法，包括以下步骤：
[0005]S1：以输电线在空间所占的体积为依据，获得沙尘暴期间粉尘颗粒与输电线发生碰撞的概率α；
[0006]S2：以弹性碰撞模型和颗粒运动方程为基础，模拟沙尘暴期间单颗粉尘颗粒与输电线碰撞的过程；
[0007]S3：从单颗粉尘颗粒与输电线碰撞的模拟中，获得单颗粉尘颗粒对输电线所施加的作用力F
d
；
[0008]S4：依据单颗粉尘颗粒对输电线所施加的作用力F
d
、粉尘颗粒质量浓度c和粉尘颗粒与输电线发生碰撞的概率α，获得粉尘颗粒对输电线施加的应力f。
[0009]优选的，步骤S1中，沙尘暴期间粉尘颗粒与输电线发生碰撞的概率α为平均概率，α由公式(1)获得，式中，n为单位体积内与输电线发生碰撞的粉尘颗粒的数量，N为单位体积内的粉尘颗粒数量；
[0010]α＝n/N
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(1)
[0011]其中，N由公式(2)获得，n由公式(3)获得，
[0012]N＝c/m
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(2)
[0013]n＝Nπ(R+r)2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0014]式中，c为沙尘暴期间粉尘颗粒质量浓度，m为单颗粉尘颗粒的质量，R为输电线的半径，r为单颗粉尘颗粒的半径。
[0015]优选的，步骤S2中，单颗粉尘颗粒与输电线的弹性碰撞模型见公式(4)：
[0016][0017]式中，F
n
为法向力，R
a
为等效半径，E为等效杨氏模量；其中，R
a
和E分别由公式(5)和公式(6)获得：
[0018][0019][0020]式中，E
d
和E
t
分别为单颗粉尘颗粒与输电线的杨氏模量，μ
d
和μ
t
分别为单颗粉尘颗粒与输电线泊松比，r和R分别为单颗粉尘颗粒与输电线的半径，δ
n
为单颗粉尘颗粒与输电线的相对变形。
[0021]优选的，步骤S3中，F
d
由公式(7)获得，
[0022][0023]式中，m表示单颗粉尘颗粒的质量，υ1和υ2分别表示单颗粉尘颗粒撞击输电线前后的速度，τ表示单颗粉尘颗粒与输电线的碰撞时间。
[0024]优选的，步骤S4中，粉尘颗粒对输电线施加的应力f由公式(8)获得，
[0025][0026]式中，F
d
为单颗粉尘颗粒对输电线所施加的作用力、N为单位体积内的粉尘颗粒数量，α为粉尘颗粒与输电线发生碰撞的平均概率。
[0027]优选的，所述粉尘颗粒对输电线施加的应力的作用面取为长1m、宽2R的长方形区域，其中R为输电线的半径。
[0028]上述沙尘暴期间粉尘颗粒对输电线施加的应力的计算方法，首先以输电线在空间所占的体积为依据获得了粉尘颗粒与输电线发生碰撞的概率α，其次运用颗粒运动方程和弹性碰撞模型，模拟单颗粉尘颗粒与输电线发生碰撞的过程，并从中获得单颗粉尘颗粒对输电线所施加的作用力F
d
，最后，依据单颗粉尘颗粒对输电线所施加的作用力F
d
、粉尘颗粒质量浓度c和粉尘颗粒与输电线发生碰撞的概率α，获得粉尘颗粒对输电线施加的应力f；与现有技术中对沙尘暴期间输电线的动力学行为研究时仅仅考虑风荷载影响的技术相比，本专利技术提出了一个预测粉尘颗粒对输电线施加的应力的计算方法，为输电线的动力学行为研究提供了重要的初边值条件，使沙尘暴期间输电线的动力学行为研究更加精准和合理，为沙漠地区输电线路架设提供了可靠和合理的依据，提高了沙漠地区输电线路架设和电力输送的安全性。
附图说明
[0029]图1为本专利技术的流程图。
[0030]图2为本专利技术实施例中粉尘颗粒的冲击速度为6m/s，δ
n
、F
n
、及粉尘颗粒速度ν随时间t的变化。
[0031]图3为本专利技术实施例中碰撞时间τ随粉尘颗粒的冲击速度ν的变化规律。
[0032]图4为本专利技术实施例中F
d
随粉尘颗粒的冲击速度ν的变化规律。
[0033]图5为本专利技术实施例中当粉尘颗粒质量浓度c为2mg/m3，N＝1.44
×
106个/m3时，f随粉尘颗粒的冲击速度ν的变化。
[0034]图6为本专利技术实施例中当粉尘颗粒半径r为5μm，粉尘颗粒的冲击速度ν为10m/s时，f随输电线半径R的变化规律。
[0035]图7为本专利技术实施例中当粉尘颗粒的冲击速度ν为10m/s，输电线半径R为0.02m，单位体积内的粉尘颗粒数量N＝1.44
×
106个/m3，f随粉尘颗粒半径r的变化规律。
具体实施方式
[0036]以下结合本专利技术的附图，对本专利技术实施例的技术方案以及技术效果做进一步的详细阐述。
[0037]请参看图1所示，一种沙尘暴期间粉尘颗粒对输电线施加的应力的计算方法，包括以下步骤：
[0038]S1：以输电线在空间所占的体积为依据，获得沙尘暴期间粉尘颗粒与输电线发生碰撞的概率α；
[0039]S2：以弹性碰撞模型和颗粒运动方程为基础，模拟沙尘暴期间单颗粉尘颗粒与输电线碰撞的过程；
[0040]S3：从单颗粉尘颗粒与输电线碰撞的模拟中，获得单颗粉尘颗粒对输电线所施加的作用力F
d
；...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种沙尘暴期间粉尘颗粒对输电线施加的应力的计算方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：以输电线在空间所占的体积为依据，获得沙尘暴期间粉尘颗粒与输电线发生碰撞的概率α；S2：以弹性碰撞模型和颗粒运动方程为基础，模拟沙尘暴期间单颗粉尘颗粒与输电线碰撞的过程；S3：从单颗粉尘颗粒与输电线碰撞的模拟中，获得单颗粉尘颗粒对输电线所施加的作用力F
d
；S4：依据单颗粉尘颗粒对输电线所施加的作用力F
d
、粉尘颗粒质量浓度c和粉尘颗粒与输电线发生碰撞的概率α，获得粉尘颗粒对输电线施加的应力f。2.如权利要求1所述的沙尘暴期间粉尘颗粒对输电线施加的应力的计算方法，其特征在于：步骤S1中，沙尘暴期间粉尘颗粒与输电线发生碰撞的概率α为平均概率，α由公式(1)获得，式中，n为单位体积内与输电线发生碰撞的粉尘颗粒的数量，N为单位体积内的粉尘颗粒数量；α＝n/N
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(I)其中，N由公式(2)得，n由公式(3)获得，N＝c/m
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(2)n＝Nπ(R+r)2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)式中，c为沙尘暴期间粉尘颗粒质量浓度，m为单颗粉尘颗粒的质量，R为输电线的半径，r为单颗粉尘颗粒的半径。3.如权利要求2所述的沙尘暴期间粉尘颗粒对输电线施加的应力的计算方法，其特征在于：步骤S2中，单颗粉尘颗粒与输...

【专利技术属性】
技术研发人员：张强，薛东，袁和刚，田源，柴少磊，薄天利，刘兴杰，
申请(专利权)人：宁夏大学，
类型：发明
国别省市：