架空线混合凇形成机理的数值解析

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1、第36卷第l2期鲁皋电力Vol_36No．12EastChinaElectricPower2008年12月Dec．20o8架空线混合凇形成机理的数值解析王秀玲，杨嘉祥，孙永鑫，王新学'(1．哈尔滨理工大学电气与电子工程学院，黑龙江哈尔滨150040；2．河南理工大学电气工程与自动化学院，河南焦作454000)摘要：利用计算流体力学软件对部分气象参数组合时的架空输电线翼型雾·雨混合凇形成过程进行了数值模拟。结果表明，在风向垂直不可扭转导线的迎、背风面形成冰厚差距大的翼型冰；不同空气相对湿度和风速对导线覆冰的程度以及密度、厚度均有一定的影响。关键词：架空线；翼型混合

2、淞；数值解析作者简介：王秀玲(1983．)，女，硕士研究生，主要研究架空输电线覆冰及其引起舞动的相关问题。中图分类号：TM751文献标识码：A文章编号：1001-9529(2008)12-0026434Numericalsimulationsforformationmechanismofmixed-phaseiceonoverheadlinesWANGu—ling，YANGyia．xiang’，SUNYong—xin，WANGn—’’(1．CoilegeofE1ectric＆ElectmnicE4neeng，HarbinEnneenguniv．，Harbin15

3、0040，China；2．SchoolofElectricalEngineering&Automation，HenaPolytechnicalUniversity，Jiaozuo454000，China)Abstract：Theairfoilmixed-phaseiceaccretiononoverheadlineswassimulatedbyusingthecomputationalfluidme-chanicssoftware，andtheresultssuggestthattheairfoilicewithbigthicknessdisparitytend

4、stoformonthewindwardsideandtheleesideoftheconductorwhenthedirectionofwindisverticaltothatoftheconductor．Italsosugeststhatthemeteorologicalelementssuchasrelativehumidityandwindvelocityhaveimpactonicingprocess．densityandthickness．Keywords：overheadline；airfoilmixed-phaseice；numericalsim

5、ulation输电线路覆冰因受当地气象条件、不同地形、算区域。地貌及线路运行状况等影响，而产生多种形成机制，如雾凇、雨凇、混合凇(湿雪、雾雨凇混合冻入结)等，且风向不同致使覆冰形状各异。但从其口微观机制来看，不外乎是因气一水两相流的流场和热场耦合所产生的一种综合物理现象¨J。本文以相关的流体力学为基础，利用计算流体力学软件仅就输电线路发生几率较多，危害严重的图1仿真模型雾一雨混合翼型凇的形成过程进行了数值解析。所得计算结果可对相关课题的进一步研究有一定2控制方程及边界条件的理论参考价值。2．1不可压缩流体的基本控制方程1仿真模型的建立不可压缩动力学基本方程组：二

6、维仿真模型如图1所示，导线半径为15J-(V×)=V×[ux(V×t，)]mm，计算区域入口及出口宽度均为120mm。入LVgv=0口与出口与导线圆心距离分别为50mm和200质量守恒方程：mm。为充分观察导线背风面的参数变化及节省+vg()：0(2)计算资源，因而模型出口边界离导线相对较人口af。‘边界远。含过冷却水滴的湿空气垂直入口导入计能量守恒方程：王秀玲，等架空线混合凇形成机理的数值解析底层内，流动极可能处于层流状态，因此，可采用+Vg(pVg(Vr(3)近壁函数法将壁面上的物理量与湍流核心区动量方程(Navier—Stokes)：的相应物理量联系起来解

7、决此问题。+Vg(puu)=vg(gv“)一2．3数值解法采用有限体积法(FVM)求解计算，其中，压g(u)=7g(g7)一(4)力项采用PRESOT!离散，体积分数采用Geo．重构离散，其余项采用一阶迎风离散，压力和速度的粘性流体和固体表面之间存在引力，使得近耦合项采用SIMPLE算法。壁面的流体速度为零。即二维流函数(，Y)满足：3仿真计算及结果分析：a／ay，=一a／a，：=0(5)3．1雾凇一雨凇混合淞的形成湍动能()方程J：图2表示的是在环境温度为268K，导线温a(p

8、i})／a￡+~(pku)／a度为272K，空气相对湿度为100％(饱和)，垂直=

9、a／a[0ca／a]+G