擋風(fēng)墻尾流作用下導(dǎo)線表面粗糙度對(duì)接觸網(wǎng)正饋線氣動(dòng)特性的影響

趙珊鵬，岳永文，張友鵬

(蘭州交通大學(xué) a.自動(dòng)化與電氣工程學(xué)院；b.甘肅省軌道交通電氣自動(dòng)化工程實(shí)驗(yàn)室，蘭州 730070)

蘭新高鐵地處中國西北地區(qū)，途經(jīng)國內(nèi)五大風(fēng)區(qū)，常年有7～8級(jí)的大風(fēng)天氣出現(xiàn)，對(duì)蘭新高鐵列車安全運(yùn)行造成了很大影響[1-2]。在大風(fēng)區(qū)段為了抵御風(fēng)沙對(duì)蘭新高鐵高速列車運(yùn)行的影響，在鐵路沿線建設(shè)了擋風(fēng)墻，防止列車運(yùn)行中發(fā)生傾翻、脫軌等事故，擋風(fēng)墻及接觸網(wǎng)結(jié)構(gòu)如圖1所示?，F(xiàn)場(chǎng)運(yùn)營中發(fā)現(xiàn)擋風(fēng)墻可以有效防止大風(fēng)對(duì)列車運(yùn)行的影響，但擋風(fēng)墻“防車不防網(wǎng)”使接觸網(wǎng)正饋線周圍的氣流風(fēng)速增強(qiáng)，從而導(dǎo)致正饋線發(fā)生舞動(dòng)現(xiàn)象[3-5]。擋風(fēng)墻尾流作用下正饋線周圍氣流會(huì)發(fā)生劇烈變化，而且導(dǎo)線表面流場(chǎng)具有隨機(jī)性和短暫性，因此有必要對(duì)擋風(fēng)墻尾流影響下正饋線的氣動(dòng)及流場(chǎng)特性進(jìn)行深入研究。

圖1 蘭新高鐵擋風(fēng)墻及接觸網(wǎng)結(jié)構(gòu)示意圖

導(dǎo)線氣動(dòng)特性研究屬于圓柱繞流問題，國內(nèi)外較多學(xué)者進(jìn)行了相關(guān)研究，因?qū)Ь€占整體模型比例較小且便于網(wǎng)格劃分，已有研究大多忽略了導(dǎo)線表面粗糙度對(duì)導(dǎo)線繞流的影響。Fage等[6]認(rèn)為在流體力學(xué)中，當(dāng)圓柱表面的這些凹凸小到不影響其繞流特性的測(cè)試時(shí)，可認(rèn)為圓柱是光滑的。Tabatabai等[7]利用風(fēng)洞試驗(yàn)研究導(dǎo)線的氣動(dòng)力特性時(shí)，常采用圓形導(dǎo)線代替真實(shí)導(dǎo)線，忽略絞線表面粗糙度的影響。張友鵬等[8]研究了擋風(fēng)墻對(duì)正饋線氣動(dòng)特性的影響，未考慮正饋線表面粗糙度對(duì)正饋線氣動(dòng)特性的影響。同時(shí)一些學(xué)者也關(guān)注到導(dǎo)線表面粗糙度對(duì)于導(dǎo)線或圓柱繞流具有一定影響。在常規(guī)的輸電線體系中，導(dǎo)線截面的形狀對(duì)其氣動(dòng)力特性產(chǎn)生重要的影響，作用在導(dǎo)線上的風(fēng)荷載占整個(gè)輸電線塔體系風(fēng)荷載的60%～80%[9]。Votaw等[10]分別對(duì)光滑圓柱和多根不同絞線在雷諾數(shù)Re=200、500下進(jìn)行了對(duì)比測(cè)試，并未發(fā)現(xiàn)斯托勞哈爾數(shù)發(fā)生變化。研究結(jié)果表明，在低雷諾數(shù)下導(dǎo)線表面邊界層厚度比導(dǎo)線粗糙度大，絞線被埋沒在邊界層內(nèi)，從而不會(huì)因?yàn)楸砻娲植诙鹊淖兓饘?dǎo)線表面流場(chǎng)及相應(yīng)流體參數(shù)發(fā)生變化，但沒有對(duì)雷諾數(shù)較大情況進(jìn)行研究測(cè)試。Relf等[11]在英國國家實(shí)驗(yàn)室，測(cè)試?yán)字Z數(shù)為Re=5×104時(shí)，不同圓柱表面的氣動(dòng)系數(shù)，測(cè)試得到多絞線阻力系數(shù)CD=1，而光滑圓柱的阻力系數(shù)CD=1.19，驗(yàn)證了相對(duì)于光滑表面絞線表面粗糙度對(duì)阻力系數(shù)有明顯的影響。劉軍[12]對(duì)光滑導(dǎo)線和真實(shí)輸電導(dǎo)線進(jìn)行流固耦合數(shù)值計(jì)算，研究導(dǎo)線表面粗糙度對(duì)導(dǎo)線氣動(dòng)力以及流固耦合響應(yīng)的影響。黨朋等[13]通過風(fēng)洞試驗(yàn)裝置對(duì)常規(guī)同心絞線、型線同心絞線和新型同心絞線的風(fēng)阻力進(jìn)行測(cè)試，新型絞線的風(fēng)阻力系數(shù)隨風(fēng)速的增加而減小，常規(guī)絞線和型線絞線的風(fēng)阻力系數(shù)隨風(fēng)速變化規(guī)律不同，得出絞線表面粗糙度會(huì)對(duì)導(dǎo)線風(fēng)阻力系數(shù)產(chǎn)生影響。林影超[14]利用圖像采集與處理的手段獲得導(dǎo)線表面的粗糙度，并通過實(shí)驗(yàn)分析了導(dǎo)線表面粗糙度隨風(fēng)沙流侵蝕的變化程度，以及不同風(fēng)速對(duì)導(dǎo)線表面粗糙度的影響。Rodrguez等[15]對(duì)粗糙與光滑圓柱進(jìn)行繞流研究，結(jié)果表明表面粗糙度會(huì)觸發(fā)邊界層向湍流過度，相對(duì)光滑表面考慮粗糙度會(huì)使阻力系數(shù)增大。Stringer等[16]在研究大范圍雷諾數(shù)的圓柱繞流非定常RANS計(jì)算過程中，在雷諾數(shù)較大的情況下沒有考慮圓柱表面的粗糙度對(duì)計(jì)算的影響，研究發(fā)現(xiàn)隨著雷諾數(shù)的增大圓柱表面邊界層減小，因此當(dāng)邊界層減小的時(shí)候圓柱表面的粗糙度就不應(yīng)該被簡(jiǎn)單忽略。故在大風(fēng)環(huán)境及擋風(fēng)墻二次加速作用下研究接觸網(wǎng)正饋線的氣動(dòng)特性，不能將具有一定表面粗糙度的正饋線簡(jiǎn)單地等效為光滑表面的圓柱導(dǎo)線。

筆者建立5種不同表面粗糙度的導(dǎo)線模型，在保證不同導(dǎo)線模型周圍網(wǎng)格質(zhì)量不變的情況下，分塊劃分整體計(jì)算域的流體網(wǎng)格。對(duì)不同表面粗糙度正饋線進(jìn)行數(shù)值分析，研究擋風(fēng)墻尾流作用下不同表面粗糙度對(duì)正饋線氣動(dòng)系數(shù)及導(dǎo)線流場(chǎng)的影響。根據(jù)所得的研究結(jié)果，可以為大風(fēng)環(huán)境下接觸網(wǎng)正饋線的架設(shè)及防舞提供一定的理論依據(jù)。

1 數(shù)值計(jì)算及網(wǎng)格優(yōu)化

1.1 模型及數(shù)值計(jì)算

為研究大風(fēng)區(qū)蘭新高鐵沿線擋風(fēng)墻尾流作用下導(dǎo)線表面粗糙度對(duì)接觸網(wǎng)正饋線氣動(dòng)特性產(chǎn)生的影響，選取現(xiàn)場(chǎng)架設(shè)的鋼芯鋁絞線(LBGLJ-300/25)建立正饋線模型[17]。正饋線是由7根鋼股和48根鋁股絞合而成，最外層鋁股數(shù)為22，實(shí)物及截面模型如圖2所示。

圖2 鋼芯鋁絞線(LBGLJ-300/25)實(shí)物及模型

導(dǎo)線繞流問題一般采用黏性流體力學(xué)模型分析，在黏性流體力學(xué)中，流體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律可用N-S方程進(jìn)行描述，其在慣性直角坐標(biāo)系下的連續(xù)性方程以及動(dòng)量方程可表示為[18]：

(1)

(2)

式中：ρ為流體密度；t為流動(dòng)時(shí)間；i,j=1,2,3；μ為流體的動(dòng)力黏性系數(shù)；Fi為流體微元在i方向所受到的力。

正饋線的升力系數(shù)CL、阻力系數(shù)CD、斯托羅哈爾數(shù)St及雷諾數(shù)Re定義為

(3)

式中：FD、FL為導(dǎo)線所受氣動(dòng)升力和阻力；ρ為空氣密度；U為入口風(fēng)速；D為正饋線外圍直徑；f為旋渦脫落頻率；μ為流體動(dòng)力黏度。

1.2 計(jì)算域網(wǎng)格優(yōu)化

文章旨在研究擋風(fēng)墻尾流作用下，導(dǎo)線表面粗糙度對(duì)正饋線氣動(dòng)特性的影響。因擋風(fēng)墻的高度為3.5 m，為避免流體計(jì)算域邊界對(duì)擋風(fēng)墻周圍氣流產(chǎn)生干擾，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境選取整體計(jì)算域大小為23.8 m×15 m。計(jì)算域整體尺寸較大，而正饋線尺寸較小，兩者相差懸殊，為提高導(dǎo)氣線動(dòng)特性計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性，須保證導(dǎo)線周圍網(wǎng)格質(zhì)量。為節(jié)省計(jì)算資源，對(duì)整體計(jì)算域進(jìn)行分區(qū)域劃分，各區(qū)域之間通過Interface交界面進(jìn)行流體交換與傳遞。對(duì)導(dǎo)線周圍的流體計(jì)算域網(wǎng)格進(jìn)行加密處理，在保證導(dǎo)線周圍計(jì)算域網(wǎng)格高質(zhì)量要求的前提下，減少遠(yuǎn)離導(dǎo)線的無關(guān)網(wǎng)格數(shù)量，可以大幅節(jié)省計(jì)算資源，提高計(jì)算效率，流體計(jì)算域網(wǎng)格如圖3所示。

圖3 流體計(jì)算域網(wǎng)格示意圖

流體計(jì)算域是CFD數(shù)值計(jì)算的載體，導(dǎo)線周圍網(wǎng)格的質(zhì)量直接影響計(jì)算的效率及精確性。為了確保網(wǎng)格的高度獨(dú)立性，采用低雷諾數(shù)的網(wǎng)格劃分方法。y+值表示首層節(jié)點(diǎn)到無滑移壁面的無量綱距離，通常對(duì)流體的密度和黏度特性進(jìn)行無量綱化，將首層節(jié)點(diǎn)距離與剪切應(yīng)力τω相關(guān)聯(lián)。保證網(wǎng)格在確定的約束條件下，采用基于平板理論的經(jīng)驗(yàn)公式[18]，為

(4)

式中：y1為網(wǎng)格徑向高度；y+為首層節(jié)點(diǎn)到壁面的無量綱距離；τω為剪切應(yīng)力；ρ流體密度；v流體黏度；D導(dǎo)線直徑；Re為雷諾數(shù)。

通過對(duì)導(dǎo)線周圍網(wǎng)格進(jìn)行圓形分塊加密可以較好地起到過渡作用，如圖4(a)所示。為確保正饋線周圍網(wǎng)格質(zhì)量，在導(dǎo)線周圍取0.5D的加密層，確保不因網(wǎng)格差異引起流場(chǎng)變化，并對(duì)不同分塊之間的網(wǎng)格進(jìn)行精確匹配，如圖4(b)所示。Re較高時(shí)，對(duì)近壁面網(wǎng)格要求極高，壁面網(wǎng)格的法向增長率取1.02，確保邊界層中至少有5層網(wǎng)格單元，壁面網(wǎng)格周向?qū)挾扰c徑向高度y1的長寬比保持在20∶1以下。

圖4 分塊網(wǎng)格及近壁面網(wǎng)格

為提高模型對(duì)速度較大和壓強(qiáng)較高氣流的敏感度，選取Transition SST模型進(jìn)行流體仿真，是因?yàn)門ransition SST模型對(duì)速度較大和壓強(qiáng)較高的氣流較為敏感，可以很好地處理正饋線表面的壓力變化及高雷諾數(shù)的圓柱繞流問題，所得結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果更加吻合[19]。計(jì)算域邊界條件設(shè)置：氣流從左向右垂直進(jìn)入模型的流場(chǎng)，左側(cè)邊界為速度入口邊界，在流體軟件中設(shè)置不同的入口風(fēng)速進(jìn)行仿真計(jì)算，導(dǎo)線表面采用無滑移壁面邊界，右側(cè)邊界為壓力出口邊界。速度壓力耦合采用SIMPLEC算法，壓力方程用二階離散精度，動(dòng)量用二階迎風(fēng)模式。迭代收斂殘差值為1×10-5，計(jì)算時(shí)間步長取0.01 s。

2 仿真驗(yàn)證

為研究擋風(fēng)墻對(duì)來流風(fēng)的匯聚加速作用，建立了風(fēng)洞試驗(yàn)裝置，由風(fēng)機(jī)、大開角段、穩(wěn)定段、收縮段、試驗(yàn)段和擴(kuò)散段組成，如圖5所示。

圖5 風(fēng)洞試驗(yàn)裝置

在試驗(yàn)段中搭建縮尺擋風(fēng)墻模型,在試驗(yàn)段中搭建縮尺擋風(fēng)墻模型,通過風(fēng)機(jī)調(diào)頻控制，模擬不同入口風(fēng)速，利用風(fēng)速測(cè)量儀監(jiān)測(cè)檔風(fēng)墻后方正佛線位置處氣流的增速情況。并建立相同的試驗(yàn)段仿真模型進(jìn)行仿真計(jì)算，試驗(yàn)段模型流體計(jì)算域網(wǎng)格如圖6所示。

圖6 試驗(yàn)段流體計(jì)算域網(wǎng)格

對(duì)比不同入口風(fēng)速下試驗(yàn)測(cè)量與仿真計(jì)算結(jié)果，如表1所示。

表1 不同風(fēng)速入口下風(fēng)速試驗(yàn)測(cè)量與仿真計(jì)算對(duì)比

對(duì)比表1中試驗(yàn)測(cè)量與仿真計(jì)算的數(shù)據(jù)，可知在入口風(fēng)速低于10.14 m/s時(shí)，仿真監(jiān)測(cè)風(fēng)速略大于試驗(yàn)測(cè)量風(fēng)速；入口風(fēng)速大于13.03 m/s時(shí)，仿真監(jiān)測(cè)風(fēng)速略小于試驗(yàn)測(cè)量風(fēng)速?？紤]到試驗(yàn)裝置的制作工藝及測(cè)量誤差，產(chǎn)生的誤差在合理范圍內(nèi)，從而驗(yàn)證了擋風(fēng)墻對(duì)來流風(fēng)的增速效果以及所采用仿真計(jì)算方法的正確性。

在研究過程中發(fā)現(xiàn)擋風(fēng)墻會(huì)對(duì)正饋線處氣流速度及周圍流場(chǎng)產(chǎn)生重要影響，擋風(fēng)墻后方產(chǎn)生的不規(guī)則大渦流也會(huì)一定程度上影響導(dǎo)線周圍流場(chǎng)，如圖7所示。

3 正饋線不同表面粗糙度的影響

3.1 不同截面模型及近壁面網(wǎng)格

根據(jù)導(dǎo)線的結(jié)構(gòu)特征，導(dǎo)線表面的粗糙度可以量化為表面凸起的平均尺寸K與導(dǎo)線外徑D之比[6]，如圖8所示。

圖8 導(dǎo)線表面粗糙度

根據(jù)絞線表面粗糙度的計(jì)算方法，正饋線表面不同絞凸數(shù)對(duì)應(yīng)導(dǎo)線表面粗糙度如表2所示。

表2 正饋線的表面粗糙度與絞凸數(shù)

鋼芯鋁絞線的表面結(jié)構(gòu)具有一定的絞凸特性，在風(fēng)速較大環(huán)境下導(dǎo)線表面邊界層的厚度會(huì)減小，導(dǎo)線表面凸起的部分暴露在邊界層外部，從而會(huì)影響導(dǎo)線的氣動(dòng)特性[20]。在保證外徑相同(23.76 mm)的前提下，建立5種不同表面粗糙度的導(dǎo)線模型如圖9所示。

圖9 不同表面粗糙度的正饋線模型

為更好地分析導(dǎo)線表面粗糙度對(duì)正饋線氣動(dòng)特性產(chǎn)生的影響，在確保正饋線外域流場(chǎng)網(wǎng)格不變的情況下，僅更新不同導(dǎo)線表面粗糙度模型周圍的網(wǎng)格，以提高仿真效率和準(zhǔn)確度，不同表面粗糙度導(dǎo)線周圍網(wǎng)格如圖10所示。

圖10 不同表面粗糙度的正饋線近壁面網(wǎng)格

3.2 不同表面粗糙度對(duì)導(dǎo)線周圍流場(chǎng)的影響

對(duì)不同表面粗糙度正饋線周圍流場(chǎng)進(jìn)行可視化分析，可以得到不同表面粗糙度導(dǎo)線尾部流場(chǎng)的變化規(guī)律。入口風(fēng)速為15 m/s時(shí)1～4 s時(shí)刻正饋線周圍流場(chǎng)分布如圖11所示。

圖11 入口風(fēng)速15 m/s時(shí)不同表面粗糙度正饋線尾部流場(chǎng)圖

圖11(a)為正饋線表面粗糙度為11.62%時(shí)尾跡區(qū)流場(chǎng)特征。從圖中可以看出，在一個(gè)周期內(nèi)導(dǎo)線上表面附近的旋渦最先出現(xiàn)流場(chǎng)分離，隨后在導(dǎo)線后方逐漸拉伸變小形成2個(gè)交替變化的旋渦，并且在導(dǎo)線最下方凹凸處會(huì)產(chǎn)生一小一大逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)的微型旋渦。圖11(b)為正饋線表面粗糙度為9.18%時(shí)尾跡區(qū)流場(chǎng)特征，在一個(gè)周期內(nèi)導(dǎo)線下表面附近的旋渦最先出現(xiàn)流場(chǎng)分離，其尾跡區(qū)流場(chǎng)特性與表面粗糙度為11.62%時(shí)的流場(chǎng)特性相似，凹陷處產(chǎn)生的微型旋渦有所減小。圖11(c)為正饋線表面粗糙度為7.40%時(shí)尾跡區(qū)流場(chǎng)特征，導(dǎo)線上表面和下表面流場(chǎng)分離產(chǎn)生的旋渦較大且呈對(duì)稱分布，凹陷處產(chǎn)生的微型旋渦相比前2種粗糙度模型明顯變小。圖11(d)為正饋線表面粗糙度為5.61%時(shí)尾跡區(qū)流場(chǎng)特征，相比前幾種表面粗糙度較大的模型，該模型尾跡處流場(chǎng)特性最為復(fù)雜。由于受來流角度的影響，在一個(gè)周期內(nèi)導(dǎo)線下表面會(huì)產(chǎn)生多個(gè)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)的漩渦并逐漸合并，不斷發(fā)展為一個(gè)大的旋渦，隨后導(dǎo)線上、下表面分離旋渦發(fā)生交替脫落，并且導(dǎo)線凹凸處產(chǎn)生的漩渦更小。

綜上所述，不同表面粗糙度的正饋線尾跡區(qū)產(chǎn)生的流場(chǎng)漩渦會(huì)發(fā)生明顯差異，不同粗糙度導(dǎo)線尾部流場(chǎng)漩渦的脫落方式也不同。粗糙導(dǎo)線的表面流場(chǎng)會(huì)出現(xiàn)提前分離現(xiàn)象，并且會(huì)在絞線凹凸處產(chǎn)生微型漩渦，但是光滑導(dǎo)線表面的流場(chǎng)不會(huì)出現(xiàn)提前分離的現(xiàn)象。隨著表面粗糙度的降低，導(dǎo)線凹凸的部分產(chǎn)生的微型漩渦也越小，表面粗糙度為7.4%的導(dǎo)線尾跡區(qū)漩渦脫落不明顯，粗糙度為5.64%導(dǎo)線尾跡區(qū)產(chǎn)生的漩渦最小。改變正饋線表面粗糙度，導(dǎo)線尾部產(chǎn)生的漩渦會(huì)發(fā)生明顯變化，而且對(duì)導(dǎo)線表面的微型漩渦也會(huì)產(chǎn)生明顯的影響。

3.3 正饋線氣動(dòng)系數(shù)分析

針對(duì)5種不同表面粗糙度的正饋線模型，分別進(jìn)行入口風(fēng)速U=1,5,10,15,20,25,30 m/s的流體仿真計(jì)算。在數(shù)值計(jì)算過程中，不同導(dǎo)線模型采用的外圍流體計(jì)算域網(wǎng)格、流體參數(shù)設(shè)置、計(jì)算模型均相同，不同表面粗糙度正饋線氣動(dòng)阻力系數(shù)如圖12所示。

圖12 不同表面粗糙度正饋線氣動(dòng)阻力系數(shù)

由圖12可知，在入口風(fēng)速U=1 m/s時(shí)，光滑表面與不同表面粗糙度正饋線的氣動(dòng)阻力系數(shù)的均值及均方根均相差不大，沒有隨著導(dǎo)線表面粗糙度的變化而發(fā)生明顯變化。這是因?yàn)樵诘惋L(fēng)速環(huán)境下，導(dǎo)線表面層流的邊界層比較厚，導(dǎo)線表面凸起的部分完全浸沒在層流邊界層中。因此在低風(fēng)速環(huán)境下，導(dǎo)線表面粗糙度對(duì)正饋線的氣動(dòng)升力系數(shù)不會(huì)產(chǎn)生較大的影響，該仿真結(jié)果與Votaw和Griffin對(duì)低風(fēng)速下光滑圓柱和多根不同絞線的研究結(jié)果相吻合[6]。入口風(fēng)速U=5, 10 m/s時(shí)，正饋線氣動(dòng)阻力系數(shù)隨著正饋線表面粗糙度的降低呈明顯上升趨勢(shì)，這與Relf和Powell測(cè)試表面光滑圓柱和粗糙圓柱的阻力系數(shù)結(jié)果相似[7]。入口風(fēng)速大于15 m/s時(shí)，正饋線氣動(dòng)阻力系數(shù)在表面粗糙度小于9.18%之后，隨著導(dǎo)線表面粗糙度的減小正饋線的氣動(dòng)阻力系數(shù)反而發(fā)生明顯上升趨勢(shì)，出現(xiàn)一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)，驗(yàn)證了相對(duì)于光滑表面導(dǎo)線，粗糙表面導(dǎo)線對(duì)阻力系數(shù)有明顯的影響。正饋線表面的粗糙度越大，流體對(duì)導(dǎo)線的作用力越小，故在較大風(fēng)速環(huán)境下研究正饋線氣動(dòng)系數(shù)過程中不可簡(jiǎn)單地將導(dǎo)線近似等效為光滑圓柱。

在不同入口來流風(fēng)速環(huán)境下針對(duì)5種不同表面粗糙度正饋線模型進(jìn)行的數(shù)值仿真計(jì)算，正饋線氣動(dòng)升力系數(shù)如圖13所示。

圖13 不同表面粗糙度正饋線氣動(dòng)升力系數(shù)

由圖13可知，在入口風(fēng)速為U=1 m/s時(shí)，光滑表面與粗糙表面正饋線氣動(dòng)升力系數(shù)的均值及均方根均相差不大，并沒有隨著表面的粗糙度的變化發(fā)生明顯的變化。這是因?yàn)樵诘惋L(fēng)速環(huán)境下，導(dǎo)線表面的邊界層比較厚，導(dǎo)線表面的凹凸部分浸沒在邊界層中。因此，在低風(fēng)速環(huán)境下導(dǎo)線表面粗糙度不會(huì)對(duì)正饋線的升力系數(shù)產(chǎn)生較大的影響。由圖13(a)可知，在入口風(fēng)速大于5 m/s時(shí)，正饋線的氣動(dòng)升力系數(shù)沒有隨著導(dǎo)線表面粗糙度的變化呈現(xiàn)一定的規(guī)律；在風(fēng)速為20 m/s時(shí)，正饋線的氣動(dòng)升力系數(shù)隨表面粗糙度的減小逐漸呈遞減趨勢(shì)，可知導(dǎo)線表面粗糙度的變化對(duì)正饋線的升力系數(shù)均值產(chǎn)生較大的影響。由圖13(b)可知，入口風(fēng)速大于25 m/s時(shí)，表面粗糙度為9.18%、7.4%、5.64%的正饋線升力系數(shù)變化不大且趨于穩(wěn)定；在入口風(fēng)速比較大的情況下，正饋線表面粗糙度的變化對(duì)導(dǎo)線氣動(dòng)升力系數(shù)影響較小。在較低風(fēng)速環(huán)境下，關(guān)于導(dǎo)線的氣動(dòng)特性研究可以近似地將導(dǎo)線的凹凸表面等效為光滑的圓柱表面，以提高計(jì)算效率。

4 結(jié) 論

1)擋風(fēng)墻會(huì)對(duì)正饋線周圍氣流產(chǎn)生匯聚加速的作用，在低風(fēng)速環(huán)境下的氣動(dòng)分析中，可以將正饋線等效為光滑導(dǎo)線。但在大風(fēng)環(huán)境下的氣動(dòng)分析中，不可簡(jiǎn)單地將粗糙表面正饋線近似地等效為光滑表面導(dǎo)線。

2)在入口風(fēng)速為1 m/s時(shí)，不同表面粗糙度正饋線阻力系數(shù)和升力系數(shù)的基本值保持穩(wěn)定；入口風(fēng)速大于5 m/s時(shí)，隨著導(dǎo)線表面粗糙度的降低，正饋線氣動(dòng)阻力系數(shù)逐漸增大，說明表面粗糙度對(duì)正饋線阻力系數(shù)產(chǎn)生較大影響。

3)不同表面粗糙度正饋線尾部流場(chǎng)會(huì)產(chǎn)生不同的漩渦，氣流會(huì)在粗糙的導(dǎo)線表面提前分離，并且在導(dǎo)線凹凸處產(chǎn)生細(xì)小的漩渦。隨表面粗糙度的降低，導(dǎo)線表面漩渦變小，在光滑表面不會(huì)產(chǎn)生小漩渦。