[发明专利]一种输电线雾凇覆冰过程的预测方法

权利要求书

1.一种输电线雾凇覆冰过程的预测方法，其特征在于，包括如下步骤：

第一步，通过Finstad经验公式值估算圆形雾凇覆冰过程中的总碰撞率；

第二步，结合数值仿真结果，估算新月形覆冰过程中局部碰撞率；

第三步，分别利用圆形雾凇覆冰过程中的总碰撞率及新月形覆冰过程中局部碰撞率，定量预测圆形及新月形雾凇覆冰过程。

2.根据权利要求1所述的一种输电线雾凇覆冰过程的预测方法，其特征在于：第一步中所述的总碰撞率α_Finstad为：

α_Finstad＝A-0.028-C(B-0.0454)       （1）

式中，

A＝1.066K^-0.00616exp(-1.103K^-0.688)，

B＝3.641K^-0.498exp(-1.497K^-0.694)，

C＝0.00637(φ-100)^0.381，

斯托克斯数K为：

K＝2r²ρ_wV/9μD

水滴尺寸系数φ为：

φ＝9ρ_a²DV/μρ_w，

其中，r为水滴半径，数值上等于水滴中值体积直径d的一半；ρ_w为水滴密度；V为风速，ρ_a为空气密度；μ为空气运动黏度；D为输电线直径。

3.根据权利要求1所述的一种输电线雾凇覆冰过程的预测方法，其特征在于：第二步中所述的局部碰撞率β(θ)为：

β(θ)=3παFinstad[1-(2θπαFinstad)2]---(3);]]>

其中，θ为水滴与输电线的碰撞角，所述碰撞角是指直线与来流方向夹角，所述直线为水滴与输电线碰撞点与输电线圆心连线。

4.根据权利要求1所述的一种输电线雾凇覆冰过程的预测方法，其特征在于：第三步中，圆形雾凇覆冰估算模型：

覆冰初始条件为：空气中的液水含量为LWC，输电线覆冰初始时间为0，输电线初始直径为D；气象条件为：水滴中值体积直径d，水滴密度ρ_w与风速V，空气密度ρ_a和黏度μ，如覆冰过程中，覆冰密度ρ_i保持不变，经历时间t后，覆冰厚度为h(t)，覆冰输电线外表面直径为D(t)；由总碰撞率的经验公式可得t时雾凇覆冰的总碰撞率α(t)；由此积分得到此时雾凇覆冰质量为：

m(t)=∫0tα(t)·D(t)·LWC·Vdt---(4)]]>

其中，覆冰厚度为：

h(t)=∫0t1πLWCρiα(t)Vdt=1πLWCρiV∫0tα(t)dt---(5)]]>

覆冰输电线外表面直径：

D(t)=D+2h(t)=D+2πLWCρiV∫0tα(t)dt---(6)]]>

新月形输电线雾凇覆冰估算模型：

覆冰初始条件为：空气中的液水含量为LWC，输电线覆冰初始时间为0，初始直径为D。气象条件为：水滴中值体积直径d，水滴密度ρ_w与风速V，空气密度ρ_a和黏度μ；如覆冰过程中，覆冰密度ρ_i保持不变，经历时间t后，考虑到覆冰后的输电线截面不再是圆形，覆冰输电线外表面半径为：

R(t,θ)＝R₀+h(t,θ)       （7）

式中，R₀为输电线半径，h(t,θ)为t时刻输电线表面局部覆冰厚度；取驻点处输电线覆冰表面半径R(t,0)为局部碰撞率估算的参考半径，则由上述局部碰撞率的估算式（3）得局部碰撞率β(t,θ)，由此得t至t+Δt时间内单位长度内输电线局部覆冰厚度为：

Δh(t,θ)=β(t,θ)LWCρiVΔt---(8)]]>

从而积分得t时刻输电线表面局部覆冰厚度为：

h(t,θ)=∫0tLWCρiβ(τ,θ)Vdτ---(9)]]>其中τ为0～t时刻内的积分变量；

由此根据公式(7)得t时刻覆冰输电线外表面半径R(t,θ)；同样，t时刻覆冰质量由t时刻总碰撞率而得：

m(t)=∫0tα(t)·D(t)·LWC·Vdt---(10)]]>

其中，输电线外形可假设为圆形，直径选择D(t)=D+h(t,0)，总碰撞率α(t)由圆形雾凇总碰撞率估算式得出。