架空输电导线三维时变积冰计算

输电线路覆冰严重影响电网安全运行。现有输电线路积冰模型多忽略轴向积冰差异,且将关键积冰参数设定为时不变(单步)条件,鲜见时变参数(多步)三维积冰模型的讨论。本文基于润滑理论及导线覆冰机理,提出了考虑时变积冰参数影响下的输电导线覆冰模型。依托ANSYS-Fluent ICING模块,对三维导线模型开展时变参数积冰计算,利用真实输电线路覆冰试验数据对计算方法的有效性进行了验证,计算结果与试验结果吻合度较好。在此基础上对比研究了单步与多步积冰算法,并着重分析了输电导线倾斜角度、导线直径对积冰形貌、积冰质量的影响。结果表明：多步积冰计算法较单步积冰计算法精度提高约8%。干覆冰条件下,随输电线倾斜角度增大,输电线上积冰形貌和积冰质量均没有明显变化;湿覆冰条件下,输电线倾斜角度对积冰有显著影响,当倾斜角度由0°增至60°,表面积冰覆盖面积减小、积冰形貌逐渐圆滑,但积冰质量降低约21%。对比不同直径导线积冰计算结果,大直径导线积冰量明显高于小直径导线。     

基于线结构光扫描的结冰冰形三维测量

现有三维扫描仪进行结冰冰形测量时需喷涂显影剂,无法满足结冰生长过程3D冰形在线测量需求。为此,基于线结构光扫描,提出了结冰冰形三维测量方法,搭建了基于传送带的线结构光扫描冰形测量装置,对线结构光视觉测量系统进行标定,获取了摄像机和激光平面方程参数,采用改进的梯度重心法实现了低对比度冰体图像激光光带亚像素中心位置提取,结合标定结果计算了冰体轮廓线三维坐标,再根据传送带运动距离,对冰体轮廓线逐行拼接,得到整个冰体三维测量点云。实验结果表明,对半径已知的圆柱形冰块进行轮廓线测量,相对误差为0.157 mm。     

输电线路综合荷载等值覆冰厚度预测与试验研究

输电线路覆冰后,将引发断线倒塔事故,严重威胁电网的安全运行,在线监测导线覆冰情况具有重要的工程应用价值。为了实现实时监测输电线路的等值冰厚,提出了以静力学力矩平衡为理论依据的架空输电线路综合荷载等值覆冰厚度预测模型。该模型以轴向拉力和倾角为参数,考虑了耐张绝缘子串带来的不均匀载荷,以及风力带来的风偏平面内综合荷载增加等影响。在试验站开展现场导线覆冰的测量,进行现场试验验证。结果表明:利用该文提出的预测模型计算出的综合荷载等值冰厚和人工测得的现场导线等值冰厚吻合较好,验证了该模型的精确性。基于现场试验经验,提出了用于现场测量的覆冰形状校正系数,为进行现场输电线路覆冰测量提供一种有效和简便的测量手段。     

霜冰生长过程的数值模拟

开发了一个应用程序YICE2D用于霜冰的冰形预测,程序采用模块化方式设计.结冰过程的模拟采用时间步进的方法,水滴收集系数的计算使用欧拉法,水滴控制方程的求解和结冰量的计算通过FLUENT的自定义函数完成,网格更新在Gridgen中进行.YICE2D程序适时调用FLUENT和Gridgen以使整个计算过程全自动化.并计算了两组霜冰的测试算例,与LEWICE2.0的验证结果对比表明,该方法有效.     

基于降阶模型的冰形快速预测方法

本文研究了结冰数值模拟基本过程,开展了结冰数值模拟方法的验证,然后利用结冰数值模拟结果作为样本数据库,建立了冰形快速预测降阶模型,完成了二维结冰冰形快速预测。并成功将此方法应用于三维模型冰形预测,通过算例验证发现降阶模型对于结冰冰形预测与数值模拟结果吻合较好,表明降阶模型可以快速、精确的应用于结冰冰形预测。     

前缘角冰几何参数对翼型失速特性的影响分析研究

前缘角冰不规则凸起特征和几何随机性显著，分离流场特征复杂，导致翼型失速特性发生本质变化的致因机理和关键因素仍未完全明确。针对大型客机适航审定实际需求，基于典型翼型及结冰环境，构造了一族具备不同形貌特征、几何参数彼此关联的角冰冰形。结合数值模拟方法系统分析了翼型失速特性及分离流场特征对冰形高度及角度变化的参数敏感性，归纳了冰形参数改变导致失速过程分离泡发展规律发生变化的本质影响机理，为大型客机的结冰适航取证验证工作提供了更为充分的理论依据。