旋轉圓柱體覆冰增長模型與線路覆冰參數(shù)預測方法研究.pdf

1、覆冰嚴重威脅著輸電線路的安全穩(wěn)定運行,自上世紀五十年代以來,我國輸電線路的覆冰事故時有發(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重冰災,給電力系統(tǒng)造成了嚴重破壞,給國家電網及南方電網造成了極大的經濟損失,給人民生產、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識不足,重視不夠,從而導致針對線路覆冰規(guī)律的基礎研究工作的缺乏;缺乏能及時掌握線路覆冰過程的有效手段;防冰、除冰應急措

2、施研究不夠。2008冰災之后國家投入了大量的人力、物力和財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測方法,對線路覆冰后及時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,研究者提出的眾多覆冰預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)預測有著較大的學術意義及工程應用價值

3、,本論文的主要工作如下:
　　 基于流體力學原理,采用數(shù)值計算對覆冰過程中的過冷卻水滴碰撞特性進行了研究,得到了水滴.氣流二相流的運動軌跡、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。研究結果表明,水滴碰撞率是風速、水滴大小及圓柱直徑的函數(shù)。根據(jù)大量數(shù)值計算結果提出了新的碰撞率解析計算公式,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、結特性,經推導得到了凍結系數(shù)的計算公式,并通過仿真計算深入的分析研究了影響覆冰過程中凍結系數(shù)的影響因素及影響規(guī)律;以碰撞過程及凍結過程為基礎提出了旋轉圓柱體的覆冰增長模型。
　　 設計了用于覆冰參數(shù)預測用的旋轉多圓柱積冰器,并在大型多功能人工氣候室內通過改變覆冰時間、環(huán)境溫度、風速等參數(shù)對旋轉多圓柱積冰器進行了大量的人工覆冰試驗,對旋轉圓柱體覆冰增長模型進行了驗證;同時采用仿真與試驗研究相結合的方式,研究了覆冰參數(shù)對覆冰量的影響

5、規(guī)律,結果表明根據(jù)模型仿真計算得到的覆冰參數(shù)對覆冰量的影響規(guī)律與試驗結果基本一致。
　　 根據(jù)旋轉圓柱覆冰增長模型建立了旋轉多圓柱體上覆冰量與覆冰參數(shù)關系的非線性方程組;提出了基于旋轉多圓柱體上覆冰量變化,利用建立的方程組來預測覆冰過程中的覆冰參數(shù);基于自適應的思想對差分進化算法進行了改進,并利用改進的差分進化算法對方程組進行求解從而實現(xiàn)了覆冰參數(shù)的預測。采用這種方法對人工氣候實驗室內覆冰過程的覆冰參數(shù)進行了預測,利用激光粒度分