旋轉(zhuǎn)圓柱體覆冰增長模型與線路覆冰參數(shù)預(yù)測方法研究.pdf

1、覆冰嚴(yán)重威脅著輸電線路的安全穩(wěn)定運(yùn)行,自上世紀(jì)五十年代以來,我國輸電線路的覆冰事故時(shí)有發(fā)生。特別是2008年初,南方地區(qū)大面積發(fā)生了有氣象記錄以來的最嚴(yán)重冰災(zāi),給電力系統(tǒng)造成了嚴(yán)重破壞,給國家電網(wǎng)及南方電網(wǎng)造成了極大的經(jīng)濟(jì)損失,給人民生產(chǎn)、生活帶來極大的不便。造成我國輸電線路覆冰事故頻發(fā)的原因主要有:對輸電線路覆冰問題認(rèn)識(shí)不足,重視不夠,從而導(dǎo)致針對線路覆冰規(guī)律的基礎(chǔ)研究工作的缺乏;缺乏能及時(shí)掌握線路覆冰過程的有效手段;防冰、除冰應(yīng)急措

2、施研究不夠。2008冰災(zāi)之后國家投入了大量的人力、物力和財(cái)力研究輸電線路覆冰問題。
　　 研究不同環(huán)境條件下的覆冰增長規(guī)律和有效的線路覆冰過程預(yù)測方法,對線路覆冰后及時(shí)采取合理的處理措施避免重大冰害事故的發(fā)生有著非常重要的意義。覆冰參數(shù)是覆冰研究的基礎(chǔ),研究者提出的眾多覆冰預(yù)測模型都是基于覆冰過程中的覆冰參數(shù)的,然而對于覆冰參數(shù)的測量是一直都沒有得到很好解決的難題,因此研究覆冰過程中的覆冰參數(shù)預(yù)測有著較大的學(xué)術(shù)意義及工程應(yīng)用價(jià)值

3、,本論文的主要工作如下:
　　 基于流體力學(xué)原理,采用數(shù)值計(jì)算對覆冰過程中的過冷卻水滴碰撞特性進(jìn)行了研究,得到了水滴.氣流二相流的運(yùn)動(dòng)軌跡、速度場、及覆冰圓柱體上水滴碰撞速度分布規(guī)律等;并深入分析研究了影響過冷卻水滴碰撞率的因素及其影響規(guī)律。研究結(jié)果表明,水滴碰撞率是風(fēng)速、水滴大小及圓柱直徑的函數(shù)。根據(jù)大量數(shù)值計(jì)算結(jié)果提出了新的碰撞率解析計(jì)算公式,與現(xiàn)有公式相比精度得到了較大的提高;基于熱平衡模型,研究了過冷卻水滴在覆冰表面的凍

4、結(jié)特性,經(jīng)推導(dǎo)得到了凍結(jié)系數(shù)的計(jì)算公式,并通過仿真計(jì)算深入的分析研究了影響覆冰過程中凍結(jié)系數(shù)的影響因素及影響規(guī)律;以碰撞過程及凍結(jié)過程為基礎(chǔ)提出了旋轉(zhuǎn)圓柱體的覆冰增長模型。
　　 設(shè)計(jì)了用于覆冰參數(shù)預(yù)測用的旋轉(zhuǎn)多圓柱積冰器,并在大型多功能人工氣候室內(nèi)通過改變覆冰時(shí)間、環(huán)境溫度、風(fēng)速等參數(shù)對旋轉(zhuǎn)多圓柱積冰器進(jìn)行了大量的人工覆冰試驗(yàn),對旋轉(zhuǎn)圓柱體覆冰增長模型進(jìn)行了驗(yàn)證;同時(shí)采用仿真與試驗(yàn)研究相結(jié)合的方式,研究了覆冰參數(shù)對覆冰量的影響

5、規(guī)律,結(jié)果表明根據(jù)模型仿真計(jì)算得到的覆冰參數(shù)對覆冰量的影響規(guī)律與試驗(yàn)結(jié)果基本一致。
　　 根據(jù)旋轉(zhuǎn)圓柱覆冰增長模型建立了旋轉(zhuǎn)多圓柱體上覆冰量與覆冰參數(shù)關(guān)系的非線性方程組;提出了基于旋轉(zhuǎn)多圓柱體上覆冰量變化,利用建立的方程組來預(yù)測覆冰過程中的覆冰參數(shù);基于自適應(yīng)的思想對差分進(jìn)化算法進(jìn)行了改進(jìn),并利用改進(jìn)的差分進(jìn)化算法對方程組進(jìn)行求解從而實(shí)現(xiàn)了覆冰參數(shù)的預(yù)測。采用這種方法對人工氣候?qū)嶒?yàn)室內(nèi)覆冰過程的覆冰參數(shù)進(jìn)行了預(yù)測,利用激光粒度分