Menulis analisis teknikal magnitud ini—khususnya berkenaan dengan pekali beban angin keluli sudut menara penghantaran silang lengan pada pelbagai sudut yaw—memerlukan penyelaman mendalam ke dalam dinamik bendalir, kebolehpercayaan struktur, dan nuansa kod reka bentuk antarabangsa seperti IEC 60826, ASCE 74, dan EN 1993-3-1.

Impedans Aerodinamik dan Cabaran Lapisan Sempadan

Apabila kita mempertimbangkan struktur kekisi menara penghantaran, kita bukan hanya melihat objek statik; kita sedang melihat penapis kompleks untuk tenaga kinetik bergelora. Anggota keluli sudut (L-profil) adalah secara aerodinamik “tajam.” Tidak seperti bahagian bulatan, yang mengalami krisis seretan pada nombor Reynolds yang tinggi, keluli sudut pada asasnya adalah bebas Reynolds ke atas julat luas kelajuan angin operasi. Pemisahan aliran berlaku dengan tetap di tepi tajam.

Inti masalah dalam mengira pekali beban angin ($C_t$) kerana lengan silang terletak pada interaksi antara anggota individu dan kesan perisai. Apabila angin mengenai lengan silang pada a $0^\circ$ sudut (berserenjang dengan muka longitudinal), anggota hadapan mencipta gelombang pergolakan yang tinggi dan momentum yang berkurangan. Anggota belakang, duduk dalam ni “defisit halaju” zon, tidak mengalami tekanan dinamik yang sama. Ini adalah “faktor pelindung” ($\eta$), yang merupakan fungsi nisbah kepejalan ($\phi$).

Walau bagaimanapun, apabila sudut angin berubah—katakan kepada $45^\circ$ atau $60^\circ$—perisai ini menjadi tidak simetri. Yang berkesan “kawasan yang diunjurkan” ($A_n$) perubahan, tetapi tidak secara linear. Dalam banyak kod reka bentuk tradisional, beban angin pada bahagian kekisi dipermudahkan menggunakan jumlah pekali daya yang digunakan pada kawasan unjuran satu muka. Tetapi untuk lengan silang keluli sudut, yang sering menampilkan kompleks “K” atau “X” perembatan, pekali seretan turun naik secara liar kerana “ketajaman” keluli sudut membentangkan profil yang berbeza kepada angin pada setiap darjah yaw.

Fizik Pekali Seret ($C_f$)

Dalam pengertian teknikal yang mendalam, pekali seret untuk anggota sudut terpencil adalah secara kasar $2.0$ apabila angin melanda “dalam” daripada bentuk V dan kurang sedikit apabila menyentuh puncak. Apabila disepadukan ke dalam lengan silang menara, kita mesti mengambil kira nisbah aspek. A panjang, lengan silang langsing berkelakuan berbeza daripada lengan pendek, yang gempal kerana vorteks hujung hujung.

Mari kita lihat nilai standard yang biasanya digunakan sebagai garis dasar sebelum kita membedahnya “sudut serangan” variasi.

Jadual 1: Pekali Seret Garis Dasar ($C_{ft}$) untuk Struktur Kekisi (Rujukan Umum)

Nota: Nilai ini menganggap angin normal ke muka. yang “Kesan Sudut” adalah apa yang merumitkan jadual ini.

Fenomena Angin Serong

Apabila angin tidak serenjang, kita hadapi “hukum kosinus” kekeliruan. Trigonometri mudah mencadangkan daya harus berkurangan $\cos^2(\theta)$, tetapi ujian terowong angin empirikal menunjukkan ini jarang berlaku untuk menara keluli sudut. Kerana sifat tiga dimensi kekisi, pada a $45^\circ$ sudut, angin mungkin “lihat” ketumpatan keluli yang lebih tinggi daripada pada $0^\circ$.

Penyelidikan ke dalam talian penghantaran voltan tinggi (terutamanya $500\text{kV}$ dan $800\text{kV}$ talian UHV) menunjukkan bahawa beban angin maksimum pada lengan silang selalunya berlaku pada sudut senget, biasanya di sekeliling $30^\circ$ kepada $60^\circ$, bukannya pada $0^\circ$. Ini disebabkan oleh “membuka” daripada anggota pendakap. Angin melalui muka hadapan dan mengenai anggota muka belakang yang sebelum ini dilindungi.

Pengiraan dinamik bendalir (CFD) lwn. Ujian Terowong Angin

Dalam era moden, kami menggunakan Simulasi Eddy Besar (THE) untuk memodelkan pekali ini. Cabaran dengan keluli sudut ialah “penumpahan pusaran” dari tepi tajam. Pusaran ini boleh menjadi bergema dengan frekuensi semula jadi lengan silang, membawa kepada ketidakstabilan aeroelastik.

Jika kita lihat pada pekali tekanan ($C_p$) merentasi permukaan satu profil L dalam lengan silang, kita dapati bahawa sedutan pada bahagian bawah bebibir adalah pemacu utama daya seretan. Apabila lengan silang bersudut, satu bebibir keluli sudut mungkin menjadi sejajar dengan aliran, dengan ketara mengurangkan seretan individunya, manakala bebibir yang satu lagi menjadi a “badan gertak,” memaksimumkannya.

Jadual 2: Perbandingan $C_t$ Variasi mengikut Sudut Yaw ($\theta$) untuk Kepekatan Lengan Rentas Biasa ($\phi \approx 0.2$)

Jadual di atas menggambarkan percanggahan yang berbahaya. Kod ringkas tradisional sering menganggap bahawa apabila sudut meningkat, beban jatuh. Walau bagaimanapun, untuk lengan silang, jumlah daya angin sebenarnya boleh bertambah apabila angin mula menyerang anggota longitudinal lengan silang dan pendakap pepenjuru dengan lebih langsung.

Peranan Pendakap Sekunder dan Plat Gusset

Kami sering mengabaikan perkara kecil—plat gusset, bolt, dan anggota berlebihan sekunder. Walau bagaimanapun, dalam menara keluli sudut, ini boleh meningkatkan nisbah kepejalan dengan $5\%$ kepada $10\%$. Yang lebih penting, mereka mewujudkan pergolakan tempatan itu “perjalanan” aliran, menghalang sebarang pemulihan aerodinamik yang bersih. Dalam analisis saya, yang “berkesan” lebar ahli hendaklah ditambah dengan faktor (selalunya $1.05$ kepada $1.15$) untuk mengambil kira sambungan ini apabila mengira pekali beban angin.

Respons Struktur dan Kebolehpercayaan

Mengapa ini penting untuk jurutera? Jika kita memandang rendah beban angin pada a $45^\circ$ sudut, kami kurang mereka bentuk anggota kaki utama dan lampiran silang lengan. yang “atas angin” kaki menara menerima beban terkumpul. Jika pekali $C_t$ dimatikan oleh $30\%$, faktor keselamatan $1.5$ terhakis dengan berkesan kepada $1.1$.

Tambahan pula, lengan silang bukan sekadar julur; ia adalah elemen struktur yang tertakluk kepada kilasan di bawah angin yang condong. Angin tidak hanya menolak silang lengan “belakang”; ia cuba memulasnya kerana pusat tekanan tidak sejajar dengan pusat ricih bahagian lengan silang. Sipi ini diburukkan lagi oleh pekali beban angin yang bergantung kepada sudut.

Formulasi Lanjutan untuk Beban Angin

Untuk bergerak ke arah yang lebih “saintifik” dan “dalam” pengiraan, kita harus melihat daya sebagai jumlah vektor seretan ($D$) dan angkat ($L$) komponen berbanding arah angin, kemudian menyelesaikannya ke dalam sistem koordinat tempatan menara (Membujur dan Melintang).

Jumlah kuasa $F$ boleh dinyatakan sebagai:

di mana:

• $q$ ialah tekanan halaju dinamik.

• $G_z$ adalah faktor tindak balas tiupan (yang sepatutnya lebih tinggi untuk lengan silang kerana ketinggian dan fleksibilitinya).

• $C_t$ ialah pekali pembolehubah kami.

• $A_n$ ialah kawasan unjuran bersih.

yang “benar” $C_t$ untuk sudut senget $\theta$ lebih baik dimodelkan oleh padanan elips atau polinomial daripada fungsi kosinus ringkas. Untuk kekisi keluli sudut, kesesuaian yang disyorkan untuk pekali $C_{t(\theta)}$ mungkin kelihatan seperti:

di mana $\alpha$ dan $\beta$ adalah pemalar yang diperoleh daripada nisbah kepejalan dan jenis ahli.

Pemikiran Penutup dan Hala Tuju Masa Depan

Kajian menara penghantaran keluli sudut sedang beralih daripada andaian separa statik kepada dinamik, realiti sensitif sudut. yang “sudut serangan” bukan faktor pengurangan; dalam banyak kes, ia adalah faktor penguatan untuk anggota tertentu dalam pemasangan lengan silang.

Kita mesti beralih daripada idea bahawa “senario terburuk” sentiasa angin memukul menara secara berhadapan. Interaksi kompleks perisai, pelekatan semula pergolakan, dan seretan tinggi yang wujud pada profil L menunjukkan bahawa untuk menara melebihi $50\text{m}$, penuh $360^\circ$ analisis beban angin adalah perlu. Pekali yang digunakan mestilah mencerminkan “puncak” ditemui pada sudut yang condong, bukan sahaja “standard” nilai yang terdapat dalam buku teks abad ke-20.

Langkah seterusnya untuk penyelidikan ini adalah untuk mengintegrasikan pekali bergantung sudut ini ke dalam analisis unsur terhingga bukan linear (FEA) untuk melihat bagaimana pengagihan semula daya mempengaruhi kapasiti lengkok badan menara utama.