导线覆冰增长模拟计算方法及系统技术方案

本发明专利技术公开的一种导线覆冰增长模拟计算方法，所述方法包括：获取导线类型、导线直径、风速、风向、气温、空气密度和气压数据，并记录模拟时间；进行计算区域网格划分，并用控制方程计算出圆形绕流后涡的脱落及其气动特性，以及对算法及边界条件的处理；计算水滴的运动轨迹及局部碰撞率；计算表面水膜运动和覆冰密度；计算覆冰体积，借助边界移动技术，得到新的覆冰表面，完成覆冰结构构造。本发明专利技术还提供了一种导线覆冰增长模拟计算系统，对导线覆冰增长进行模拟，实现导线覆冰的预测。

Simulation calculation method and system for ice accretion on conductor

A conductor icing of the invention discloses a growth simulation method, the method comprises: obtaining wire type, wire diameter, wind speed, wind direction, air temperature, air density and air pressure data, and record the simulation time; calculate the regional grid, and use the control equation to calculate the circular flow after the vortex shedding and its gas the dynamic characteristics and processing of algorithm and boundary conditions; trajectory calculation of water droplets and local collision rate; calculation of surface water film movement and ice density; calculation of ice volume, with the boundary of mobile technology, get the ice surface of the new, complete ice structure. The invention also provides an ice accretion simulation simulation system for conducting wire, simulates the icing accretion of the conductor, and realizes the prediction of the conductor icing.

【技术实现步骤摘要】
导线覆冰增长模拟计算方法及系统
本专利技术涉及导线覆冰增长计算
，更为具体地说，涉及一种导线覆冰增长模拟计算方法及系统。
技术介绍
架空输电线路的覆冰轻则引起线路过载荷以及导线舞动等危害，重则致使断线、倒塔，以致电网瘫痪。由此可见，架空输电线路覆冰严重地影响了输电网的可靠性，给电力系统的安全稳定运行带来了巨大的威胁。由于输电线路覆冰主要受气象因子的影响，因此从气象因子方面讨论输电线路覆冰规律以及研究大气候背景下的输电线路覆冰预测技术具有十分重要的意义。覆冰增长机理研究的一般思路是以气象数据为依据，根据覆冰的热力学过程，建立理论模型，根据理论模型仿真就能够预测线路或人工构筑物冰荷载增长趋势。这方面的研究工作经过多年的发展形成了许多基于气象数据针对线路进行覆冰计算的公式和模型仿真。但所有这些被提出或正在使用的模型或公式都不能充分表明其完备性，因为这些模型在预测同一气象条件下产生的冰重时会出现相差较大的预测结果。由于模型预测与实际测量间的较大差异，所以直到现在多数模型仍在不断研究和完善之中。由于没有常规和标准的导线覆冰观测，因此，研究导线覆冰增长模拟计算显然是必要的，获取更加精确的导线覆冰增长计算方法。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种导线覆冰增长模拟计算方法及系统，对导线覆冰增长进行模拟，实现导线覆冰的预测。为了解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案：本专利技术提供的一种导线覆冰增长模拟计算方法，所述方法包括：获取导线类型、导线直径、风速、风向、气温、空气密度和气压数据，并记录模拟时间；进行计算区域网格划分，并用控制方程计算出圆形绕流后涡的脱落及其气动特性，以及对算法及边界条件的处理；计算水滴的运动轨迹及局部碰撞率；计算表面水膜运动和覆冰密度；计算覆冰体积，借助边界移动技术，得到新的覆冰表面，完成覆冰结构构造。优选的，上述导线覆冰增长模拟计算方法中，所述方法还包括：生成覆冰厚度增长趋势曲线和导线覆冰表面冰形图，并进行展示。基于本专利技术提供的导线覆冰增长模拟计算方法，本专利技术还提供了一种导线覆冰增长模拟计算系统，包括：参数录入模块，用于获取导线类型、导线直径、风速、风向、气温、空气密度和气压数据，并记录模拟时间；流场计算模块，用于完成计算区域网格划分，并用控制方程准确计算出圆形绕流后涡的脱落及其气动特性，以及对算法及边界条件的处理；覆冰增长计算模块，用于完成表面水膜运动计算和覆冰密度计算；覆冰结构构造循环计算模块，计算覆冰体积，借助边界移动技术，得到新的覆冰表面，完成覆冰结构构造。优选的，上述导线覆冰增长模拟计算系统中，所述系统还包括：数据图形显示模块，用于生成覆冰厚度增长趋势曲线和导线覆冰表面冰形图，并进行展示。优选的，上述导线覆冰增长模拟计算系统中，所述系统还包括：时间接口模块，用于输入所述模拟时间；导线参数接口模块，用于输入所述导线类型和导线直径数据；风速参数接口模块，用于输入所述风速和风向数据；气温参数接口模块，用于输入气温数据；气压参数接口模块，用于输入空气密度和气压数据。本专利技术提供的导线覆冰增长模拟计算方法及系统，完成了导线覆冰过程中过冷却水滴碰撞导线的数值计算，最终获得过冷却水滴局部碰撞位置，实现对导线覆冰过程的模拟。通过对不同覆冰影响因素的计算，总结了覆冰强度、局部碰撞率与气温、风速、水滴直径之间的相互关系，实现导线覆冰的预测。利用输电线路走廊基础地理信息数据、历史和气象数据，在导线覆冰过程数值仿真模型建立的基础上，计算分析了覆冰过程中过冷却水滴碰撞导线表面时，气温、风速、水滴直径等对覆冰强度和局部碰撞率的影响程度，进而完成导线覆冰的预测灾害发展趋势，并得出诊断建议，为输电线路覆冰检测提供参考依据。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。图1是本专利技术实施例提供的导线覆冰增长模拟计算方法的结构流程图；图2是本专利技术实施例一提供的导线覆冰增长模拟计算系统的结构示意图；图3是本专利技术实施例二提供的导线覆冰增长模拟计算系统的结构示意图。具体实施方式本专利技术实施例提供的导线覆冰增长模拟计算方法及系统，对导线覆冰增长进行模拟，实现导线覆冰的预测。为了使本
的人员更好地理解本专利技术实施例中的技术方案，并使本专利技术实施例的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本专利技术实施例中的技术方案作进一步详细的说明。参考附图1，该图示出了本专利技术实施例提供的导线覆冰增长模拟计算方法的结构流程，所述方法主要包括以下步骤：S101：获取导线类型、导线直径、风速、风向、气温、空气密度和气压数据，并记录模拟时间。导线类型、导线直径、风速、风向、气温、空气密度和气压是影响导线覆冰的主要因素，通过将导线类型、导线直径、风速、风向、气温、空气密度和气压结合在一起由于提高导线覆冰增长模拟的准确性。未能够更加准确的去模拟预测导线覆冰发展趋势，记录模拟时间。S102：进行计算区域网格划分，并用控制方程计算出圆形绕流后涡的脱落及其气动特性，以及对算法及边界条件的处理。准确性将直接关系到结冰区和结冰量计算的准确性，该计算区域中，覆冰区域外部采用结构化网格，在紧贴导线表面处，局部加密网格作为附面层区域O形网格并在结冰区域采用动网格技术。本研究基于二维Navier-Stocks控制方程，并对控制方程进行雷诺平均，得到如下形式的控制方程组：式中：ρ为空气密度；u、v分别为流场沿x、y轴方向的速度分量；p为压力；μ为空气分子黏性系数；为雷诺应力。由于模拟圆形截面结冰的物理过程，以及准确计算出圆形绕流后涡的脱落及其气动特性，其中中湍流模型采用k-ω方程模型。采用以速度和压力作为基本变量的计算方法对流场进行求解，将动量方程与压力修正值方程结合起来，求解压力耦合方程。空气绕流流场数值模拟中所使用的几种边界条件如下：1)来流边界条件：边界上的速度以速度入口确定自由来流速度，压力采用二阶外推；2)出流边界条件：3)壁面边界条件：采用无滑移边界条件，壁面处速度为零，压力p法向一阶导数为0，k和ε使用壁面函数处理。S103：计算水滴的运动轨迹及局部碰撞率。根据MessingerB.L.等关于水滴绕二维物体运动的研究，得到的运动轨迹离散项方程为：式中：K为水滴惯性参数；Re为相对运动雷诺数；wx、wy为水滴的速度；r为水滴半径；D为导线直径；V0为来流速度；ρw为水的密度；CD为曳力系数。表征水滴的撞击特性的参数有总碰撞率和局部碰撞率。总碰撞率反映水滴的惯性积聚效率，确定出撞击水量沿物面的分布后，就可以知道沿物面形成冰的形状。对于离散相水滴撞击水量沿物面的分布的研究必须对反映微元表面的水收集能力的局部碰撞率进行计算。本文基于离散相模型，对导线迎风面前的过冷却水滴以wx＝μ、wy＝v＝0撞击导线表面，同时借助UDF功能实现二次开发，获得了水滴局部碰撞率。然而，在模型计算中，两水滴之间的位置是随机的，因此需将反馈的水滴位置插值到导线网格节点上，最终计算局部碰撞率。根据定义可得局部碰撞率的公式为：式中：dl为与微元表面上、下两条小脚轨迹的水滴原始纵坐标之差；dL为微元表面上、下界限间的表面长度。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种导线覆冰增长模拟计算方法，其特征在于，所述方法包括：获取导线类型、导线直径、风速、风向、气温、空气密度和气压数据，并记录模拟时间；进行计算区域网格划分，并用控制方程计算出圆形绕流后涡的脱落及其气动特性，以及对算法及边界条件的处理；计算水滴的运动轨迹及局部碰撞率；计算表面水膜运动和覆冰密度；计算覆冰体积，借助边界移动技术，得到新的覆冰表面，完成覆冰结构构造。

【技术特征摘要】
1.一种导线覆冰增长模拟计算方法，其特征在于，所述方法包括：获取导线类型、导线直径、风速、风向、气温、空气密度和气压数据，并记录模拟时间；进行计算区域网格划分，并用控制方程计算出圆形绕流后涡的脱落及其气动特性，以及对算法及边界条件的处理；计算水滴的运动轨迹及局部碰撞率；计算表面水膜运动和覆冰密度；计算覆冰体积，借助边界移动技术，得到新的覆冰表面，完成覆冰结构构造。2.根据权利要求1所述的导线覆冰增长模拟计算方法，其特征在于，所述方法还包括：生成覆冰厚度增长趋势曲线和导线覆冰表面冰形图，并进行展示。3.一种导线覆冰增长模拟计算系统，其特征在于，包括：参数录入模块，用于获取导线类型、导线直径、风速、风向、气温、空气密度和气压数据，并记录模拟时间；流场计算模块，用于完成计算区域网格划分，...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘浩，于虹，马仪，
申请(专利权)人：云南电网有限责任公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：云南,53