基于多相流理論的導(dǎo)線覆冰過程研究.pdf

1、覆冰的機(jī)理性研究是國(guó)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(fù)雜，各影響因素在自然條件下隨時(shí)間的多變性與隨機(jī)性，使得覆冰機(jī)理的研究比較困難。目前對(duì)霧凇覆冰的增長(zhǎng)規(guī)律比較成0熟，但導(dǎo)線覆冰所涉及的微觀物理過程以及雨凇增長(zhǎng)的數(shù)學(xué)物理模型還沒有得到實(shí)質(zhì)性進(jìn)展，這對(duì)于導(dǎo)線覆冰在線監(jiān)測(cè)及預(yù)警的特征信息參量提取以及各種輸電線路設(shè)備除冰防冰等工程問題的解決造成很大不利。
　　本文主要對(duì)多相流條件下導(dǎo)線表面的覆冰問題進(jìn)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(duì)含有水滴的多相流碰撞導(dǎo)線并在導(dǎo)線表面發(fā)生覆冰時(shí)產(chǎn)生界面移動(dòng)的情況進(jìn)行了簡(jiǎn)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(dòng)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(dǎo)線表面冰層及水膜厚度的簡(jiǎn)單時(shí)變?cè)鲩L(zhǎng)模型，得出導(dǎo)線表面水膜的厚度大小對(duì)覆冰厚度有影響，而冰層及水膜內(nèi)的溫度梯度變化也會(huì)使得導(dǎo)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(guān)系。本文在多相流中還引入了一種無需進(jìn)行反復(fù)尋找、插值計(jì)算流場(chǎng)而得到水滴碰撞特性的歐拉法，采用此法在計(jì)算流體力學(xué)軟件Fluent中分析了風(fēng)速、水滴直徑、導(dǎo)線半徑及冰形對(duì)水滴碰撞特性的影響，得出水滴中值直徑、風(fēng)速越大，導(dǎo)線表面局部碰撞系數(shù)也越大，而導(dǎo)線直徑的減小會(huì)使得水滴碰撞系數(shù)增大。
　　同時(shí)本文在Fluent中對(duì)光滑圓柱體以及實(shí)際鋼芯鋁絞線表面的對(duì)流情況進(jìn)行了模擬，并與以往研究對(duì)比，驗(yàn)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(hào)鋼芯鋁絞線表面的努珊數(shù)經(jīng)驗(yàn)公式。
　　本文基于瞬態(tài)法搭建實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，研究了覆冰過程凍結(jié)溫度及覆冰水電導(dǎo)率對(duì)冰層導(dǎo)熱率的影響，得出冰層導(dǎo)熱率與凍結(jié)溫度、覆冰水電導(dǎo)率有關(guān)。當(dāng)溫度降低，導(dǎo)熱率增大，溫度降低到一定程度后，導(dǎo)熱率隨溫度的降低不太明顯；電導(dǎo)率增加會(huì)導(dǎo)致導(dǎo)熱率下降，其下降的程度與凍結(jié)溫度有關(guān)，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(dǎo)熱率變化非常劇烈，當(dāng)覆冰溫度在-5°C時(shí)，電導(dǎo)