[发明专利]一种基于CFD的输电线路覆冰状态模拟方法

权利要求书

1.一种基于CFD的输电线路覆冰状态模拟方法，其特征是，包括以下步骤：

步骤S1、利用计算流体力学仿真软件建立输电线路风洞模型；

步骤S2、对输电线路覆冰区域进行网格划分，计算输电线路周围空气流场分布；

步骤S3、建立空气中冷却水滴运动方程，分析求解水滴运行轨迹，进而获取水滴局部撞击系数；

步骤S4、将输电线路覆冰表面离散成若干微小控制体，通过热力学模型建立质量平衡和能量平衡方程，求解输电线路覆冰质量；

步骤S5、计算不同时间步长下的输电线路覆冰形态，确定边界移动并进行重构；

步骤S6、根据环境温度、风速大小和输电线路直径大小因素，分析不同因素对输电线路覆冰形态的影响。

2.如权利要求1所述的基于CFD的输电线路覆冰状态模拟方法，其特征是，所述步骤S1中输电线路的横截面为正圆形。

3.如权利要求1所述的基于CFD的输电线路覆冰状态模拟方法，其特征是，所述输电线路周围空气流场分布采用湍流数值计算中的雷诺平均N-S方程法，将湍流的瞬时运动分解成脉动运动和平均运动，再通过雷诺应力项模块化脉动运动对平均运动的贡献，即求解如下方程：

其中，ρ为密度，t为时间，k为湍流动能，u_i为速度，x_j为位移，G_k为层流动能，G_b是由浮力产生的湍流动能，Y_M为可压缩流湍流整体分散扩张变化的贡献，S_k为用户定义的源条件。

4.如权利要求1所述的基于CFD的输电线路覆冰状态模拟方法，其特征是，在所述的步骤S3中，建立空气中冷却水滴运动方程之前作出假设包括：(1)运动过程中过冷却水滴的温度与周围环境温度相同，且不与周围空气发生热交换；(2)过冷却水滴在空气中均匀分布，运动过程中物理特性保持不变；(3)空气流动不受过冷却水滴的影响；冷却水滴运动方程如下：

其中x_n表示n时刻的横向位移，y_n表示n时刻的纵向位移，υ_x,n表示x位置n时刻的速度。

5.如权利要求1所述的基于CFD的输电线路覆冰状态模拟方法，其特征是，在所述的步骤S4中，通过经典的Messinger热力学模型进行覆冰质量计算，即根据覆冰表面每个控制体内水凝结成冰时释放的热量、空气对流与覆冰交换的能量、气流在覆冰表面摩擦产生的能量、水滴或覆冰表面蒸发损失的能量和水滴撞击带来的能量，建立覆冰表面控制体的能量平衡方程，并联立质量守恒方程，求解方程组得到每个控制体的冻结系数，进而计算覆冰质量。