基于流體力學的覆冰地區(qū)用復合絕緣子傘裙結構研究.pdf

1、現(xiàn)有傘型結構的復合絕緣子在覆冰地區(qū)易被冰凌橋接，且其冰閃特性并不明顯優(yōu)于瓷和玻璃絕緣子，覆冰及其冰凌橋接傘裙已成為制約復合絕緣子在覆冰地區(qū)應用的重要因素。覆冰是氣流中過冷卻水滴與絕緣子碰撞的流體力學過程，因此從覆冰過程中的流體力學特性角度來分析計算不同傘型結構復合絕緣子的水滴撞擊特性，可實現(xiàn)合理設計和選擇覆冰地區(qū)復合絕緣子傘型結構的目的。 由于復合絕緣子外部的三維空氣繞流流場和水滴顆粒運動的復雜性，使用解析法對其進行求解十分困難

2、，雖利用風洞人工模擬覆冰過程中復合絕緣子的水滴撞擊特性較為直觀和理想，但試驗裝置建設困難，且試驗周期長、經(jīng)費投入多，人力物力消耗大，而且受到測量精度等的限制。因此借助于計算機模擬技術來研究覆冰條件下復合絕緣子外部流場的流動規(guī)律，進而優(yōu)化復合絕緣子的傘裙結構，可以大大縮短研發(fā)周期，具有重要的學術意義和工程應用價值。 本文根據(jù)流體力學的基本原理和覆冰氣象下復合絕緣子外部氣液兩相流場的物理特征，建立了合適的數(shù)值模擬模型和方法，分別采用

3、標準K-ε湍流模型和顆粒軌道模型對空氣連續(xù)相和水滴離散相的流動進行數(shù)值計算。在此基礎上運用CFD軟件FLUENT實現(xiàn)了對空氣流場和過冷水滴撞擊復合絕緣子表面過程的數(shù)值模擬，并結合人工覆冰試驗驗證了數(shù)值模擬的可行性。本文分析了覆冰過程中復合絕緣子的水滴碰撞系數(shù)等水滴撞擊特性和自由來流速度(V)、水滴平均有效直徑(MVD)、絕緣子傘裙傾角、傘裙間距、傘裙直徑和傘裙直徑比等對水滴撞擊復合絕緣子表面特性的影響，得到以下主要結論： (1)

4、氣流中過冷卻水滴與復合絕緣子碰撞時其碰撞系數(shù)與傘裙結構有關，因此優(yōu)化傘裙結構可減緩絕緣子覆冰。 (2)水滴平均有效直徑(MVD)和自由來流速度(V)影響復合絕緣子的覆冰特性。水滴碰撞系數(shù)、傘裙表面水滴撞擊范圍和傘裙表面局部的水滴碰撞系數(shù)均隨MVD和V的增大而增大，將造成復合絕緣子表面更為嚴重的覆冰。 (3)水滴碰撞系數(shù)隨傘裙上傾角的增大而減小，隨傘裙下傾角的增大而增大。 (4)水滴碰撞系數(shù)均隨傘裙直徑和相鄰傘裙直

5、徑比的增大而減小，其中，增大傘徑比是首選的要素。傘裙間距對水滴碰撞系數(shù)的影響相比于傘裙直徑和傘裙直徑比可以不被考慮。 根據(jù)計算結果，基于覆冰特性，并綜合復合絕緣子的電氣特性，提出了應用于覆冰地區(qū)的復合絕緣子傘裙結構優(yōu)化的幾點建議： (1)傘裙上傾角選取15°、下傾角選取0°； (2)采用不等傘徑的傘裙組合，相鄰大傘之間可間插三個以上小傘，增大傘裙間的傘徑比； (3)相鄰傘裙間距應大于30mm。 最