基于多相流理論的導線覆冰過程研究.pdf

1、覆冰的機理性研究是國內(nèi)外亟待解決的技術(shù)難題，由于覆冰受氣象因數(shù)影響復雜，各影響因素在自然條件下隨時間的多變性與隨機性，使得覆冰機理的研究比較困難。目前對霧凇覆冰的增長規(guī)律比較成0熟，但導線覆冰所涉及的微觀物理過程以及雨凇增長的數(shù)學物理模型還沒有得到實質(zhì)性進展，這對于導線覆冰在線監(jiān)測及預警的特征信息參量提取以及各種輸電線路設備除冰防冰等工程問題的解決造成很大不利。
　　本文主要對多相流條件下導線表面的覆冰問題進行了理論闡述，并描述了

2、歐拉模型下多相流中水滴、空氣、固相(冰層)的控制方程，對含有水滴的多相流碰撞導線并在導線表面發(fā)生覆冰時產(chǎn)生界面移動的情況進行了簡化，分析了覆冰過程中冰-水、水-大氣界面處的熱平衡過程，根據(jù)多相流的連續(xù)方程、動量方程、能量方程以及界面平衡理論得到了一定氣象參數(shù)下導線表面冰層及水膜厚度的簡單時變增長模型，得出導線表面水膜的厚度大小對覆冰厚度有影響，而冰層及水膜內(nèi)的溫度梯度變化也會使得導線覆冰厚度發(fā)生變化，水膜厚度，覆冰厚度以及水膜及冰層內(nèi)的

3、溫度分布存在耦合關系。本文在多相流中還引入了一種無需進行反復尋找、插值計算流場而得到水滴碰撞特性的歐拉法，采用此法在計算流體力學軟件Fluent中分析了風速、水滴直徑、導線半徑及冰形對水滴碰撞特性的影響，得出水滴中值直徑、風速越大，導線表面局部碰撞系數(shù)也越大，而導線直徑的減小會使得水滴碰撞系數(shù)增大。
　　同時本文在Fluent中對光滑圓柱體以及實際鋼芯鋁絞線表面的對流情況進行了模擬，并與以往研究對比，驗證其可行性，得到雷諾數(shù)在10

4、4-7*104范圍內(nèi)四種不同型號鋼芯鋁絞線表面的努珊數(shù)經(jīng)驗公式。
　　本文基于瞬態(tài)法搭建實驗平臺，研究了覆冰過程凍結(jié)溫度及覆冰水電導率對冰層導熱率的影響，得出冰層導熱率與凍結(jié)溫度、覆冰水電導率有關。當溫度降低，導熱率增大，溫度降低到一定程度后，導熱率隨溫度的降低不太明顯；電導率增加會導致導熱率下降，其下降的程度與凍結(jié)溫度有關，溫度越低下降越平緩。在0~-5°C大氣環(huán)境中，覆冰過程冰層導熱率變化非常劇烈，當覆冰溫度在-5°C時，電導