自然条件下输电线路导线覆冰增长特性

输电线路导线覆冰严重威胁着电网安全运行.导线覆冰过程复杂,影响因素众多,对其覆冰增长规律的准确掌握是建立并优化导线覆冰数值计算模型的基础.从自然覆冰试验出发,依托雪峰山自然覆冰试验基地对不同种类的导线进行了自然覆冰观测试验,研究了导线直径、导线表面处理情况、覆冰类型及导线扭转对导线覆冰增长过程的影响.通过导线表面水滴碰撞系数的计算分析了不同直径导线覆冰的差异性.研究结果表明:自然环境条件下,风速对导线雾凇覆冰冰形起决定性作用,覆冰主要在导线迎风面(横向迎风侧)累积,而背风侧和纵向覆冰较少.覆冰厚度随时间非线性增长,导线直径越小,覆冰厚度增长越快.导线扭转使得导线背风侧向迎风侧转变,覆冰厚度增长速率加快.雨凇覆冰时,除迎风侧翼型覆冰外,导线下方易冻结形成冰棱,使得冰形结构更为复杂.     

一种电容式输电线路覆冰厚度检测装置的研究

针对电线路覆冰厚度在线检测在电路线路安全运行中这难题,提出了利用电容感应的方法进行模拟输电导线的覆冰厚度检测的监测方法;对模拟导线覆冰厚度传感器及其控制系统进行了设计研究,并对整套系统进行了低温覆冰检测实验,实验证明,利用该方法能很好的实现输电线路导线的模拟监测。     

采用基本环境参数的导线覆冰预测方法

风速、温度、空气中液态水含量和水滴中值体积直径等4项参数是影响导线覆冰的主要环境参数。根据空气中水滴运动、碰撞和冻结进而形成导线覆冰的过程，基于流体力学和热平衡建立了“四参数”导线覆冰模型，通过数值计算详细分析了各个环境参数对导线覆冰增长速率的影响特性，并结合线路实际监测数据分析并拟合了液态水含量和水滴中值体积直径的经验公式，进而建立基于基本环境参数（一般传感器可获得的环境参数）的导线覆冰预测模型。研究结果表明：水滴中值体积直径对导线覆冰速率的影响具有饱和特性，空气中液态水含量的变化和风速、温度和湿度具有一定相关性。研究结论为输电线路覆冰预测、预警工作提供了理论参考。     

考虑高差覆冰输电线路链式脱冰振动

输电线路是电网中重要的生命线工程,覆冰荷载是输电线路最大威胁之一.以国网新疆电力科学研究院某工程为研究对象,采用商业软件ANSYS进行输电线路的有限元数值仿真,通过冰单元生死技术实现对覆冰输电线链式和同时脱冰振动的有限元分析,得到等高差和有高差下单跨输电线脱冰跳跃高度的规律,由此与缩尺模型实验结果进行对比分析.研究表明:链式和同时覆冰导线脱冰模拟结果与实验吻合很好,相差在5%以内,证明了模拟方式的准确性;在等高差链式脱冰下,随着脱冰速度的增大,最大脱冰跳跃高度会增大逼近到一个定值,而最大轴力不随脱冰速度变化而变化.有高差链式脱冰情况下,保持初张力不变时,随着高差的增大,跨中最大脱冰跳跃高度近似指数增大,链式脱冰的最大跳跃高度逐渐逼近同时脱冰的跳跃高度值;高差的存在会加剧输电线的上翻情况,也即是脱冰跳跃最大高度大于覆冰后的垂度,可以通过降低输电线的初张力或者覆冰厚度来减少上翻情况的发生,降低危险隐患.     

基于进化策略 投影寻踪算法的考虑多因素的输电线路覆冰灾害风险评估

针对目前输电线路覆冰灾害风险评估模型存在忽略地形因子、权重取值人为主观因素较大等缺陷,以保证所考虑风险因子完整性为前提,综合考虑坡度、粗糙度、高程、气温、相对湿度、风速、实测覆冰厚度值、覆冰比值、冰区量级9个风险因子,通过组合投影方式,将多维数据投影到低维空间,并结合进化策略对投影寻踪指标函数求最优解,以256条线路2个冰期样本数据为例,得出输电线路覆冰灾害风险目标5级评价标准。结果表明:当进化代数达到311代时,目标函数值达到最优0.513 4;同时,Ⅳ风险等级及其以上线路占总线路的30.5%;最后以220 kV石上线为例,验证了所建立输电线路覆冰灾害风险评价模型结果的适用性以及准确性。本文方法能够有效地对输电线路覆冰风险进行评价,对实现输电线路防冰管控工作的精益化提升具有重要意义。     

线路覆冰分层脱落动力响应的研究

覆冰线路脱冰方式影响着整个线路的动力响应.利用数值试验方法建立了4塔5线有限元耦合模型,覆冰模拟采用附加冰单元法.研究了中跨中部导线外侧的两层覆冰同时发生脱落和两层覆冰在不同时刻相继发生不同厚度脱落时体系的动力响应.分析结果表明,两层覆冰在不同时刻相继发生脱落比覆冰在同一时刻一次性全部发生脱落引起的线路回弹高度、不平衡张力和跨中导线张力的最大值分别减小24%,17%和14%左右.当导线运动至最低点而第2层覆冰发生脱落时引起的线路回弹高度最大.无论两层覆冰脱落的时间间隔多长,线路脱冰后最终都具有相同的稳定振动状态.当最外层覆冰厚度占覆冰总厚度的3/5左右时,分层脱冰对线路体系的影响最小.对覆冰分层脱落的研究结果表明,以往采用覆冰一次性全部脱落假设得到的线路脱冰荷载取值偏保守,尚有可供优化的空间.     

基于曲梁理论的覆冰分裂导线舞动非线性动力分析

基于空间曲梁理论的应变-位移关系，建立了具有三个平动自由度和一个转角自由度的覆冰分裂导线舞动分析混合模型. 考虑覆冰导线所受空气动力的非线性和导线大幅运动的几何非线性，利用虚功原理建立覆冰分裂导线的非线性动力学方程. 采用振型叠加法将方程变换到振型空间中，并使用时间积分算法求解. 然后通过数值计算对单元无关性进行了检验，分析单元数量对覆冰导线前六阶频率的影响；此外研究了模态收敛性，分析模态截断对舞动响应的影响；最后分析了气动力对结构频率的影响. 研究结果表明，气动力对分裂导线的扭转频率有较大的影响，这准确地反映了输电线路的动态特性；另外，覆冰分裂导线混合模型用于输电线的舞动分析时具有可靠的精度，说明该混合模型可以预测输电线路的实际舞动响应，便于后续控制设计的实施.     

输电导线覆冰生长及影响因素数值分析模型

针对现有输电线路覆冰生长模型仅注重覆冰生长量、难于准确预测覆冰形貌的问题,建立了输电导线局部冰层增长计算模型。采用空气动力学方程求解覆冰导线周围气流场参数、覆冰表面对流换热系数,进而采用欧拉二相流模型计算覆冰导线表面过冷却液滴碰撞系数;建立包含液滴碰撞、溢流、蒸发、升华等因素的质量平衡方程,基于此方程推导出计算对象热量平衡方程,并采用多级假设、一维搜索求解方程中多个未知量,得出各单元的冻结系数和覆冰质量。算例表明:局部碰撞系数及碰撞区域随风速的提高快速增大,覆冰量相应增大;而环境温度及导线电流的增加使得溢流水出现,覆冰类型由雾凇向雨凇过渡;模型所得覆冰形貌和覆冰量与已有实验结果基本相符,计算结果满足电力系统工程需要。     

输电线路覆冰载荷在线检测分析与神经网络预测研究

线路覆冰是威胁输电线路安全的最主要因素之一。在实时实验数据和力学研究的基础上,提出了一种基于BP神经网络的覆冰厚度及重量的预测模型。预测模型以输电线路所处的温度、湿度、风向等为输入量,以覆冰厚度为输出量,网络隐含层单元个数与中心向量采用正交最小二乘法（orthogonal least squares,OLS）。在此基础上再通过专家软件来分析覆冰情况,给出了预测及预警信息。仿真结果表明,符合预期效果,实现了对覆冰载荷在线监测和覆冰厚度的预测,将其误差控制在一个较小的范围。     

风力机叶片表面覆冰影响因素分析

我国低温高海拔地区的风能资源十分丰富，风力机在该环境下运行时会产生叶片表面覆冰现象，不仅降低风力机的发电效率，严重时会影响结构安全性能.采用Fluent与FENSAP-ICE相结合的方法对风力机叶片表面覆冰问题进行数值模拟分析，明确环境温度、来流速度、水滴等主要环境因素影响下叶片表面覆冰发展规律.结果表明，环境温度从-5℃降低到-20℃的过程中，覆冰质量随温度的降低呈线性增长，增长幅度约为0.74 kg/℃;当温度继续降低时，覆冰质量增长幅度降低为0.228 kg/℃.来流速度、空气中水含量(LWC)与水滴直径(MVD)的增加均使覆冰质量呈线性提高，覆冰质量增长幅度分别约为0.236 kg·s/m、8.529 kg·m³/g、0.512 kg/μm.降低环境温度、增大来流速度和LWC会增加叶片覆冰面积，但增大MVD会使覆冰面积减小.     

冰蓄冷技术在空调中的应用

目前生活水平的提高，空调应用的普及，已成为不可忽视的耗电大户，给电力供应带来很大压力，因此低能耗、可用电网低谷电的空调设备的研究开发就成了近年来空调、储能领域的国际性热门课题，其中冰蓄冷空调的研究和应用受到研究者重视。文章试图将冰蓄冷技术应用到空调设备中，并对此问题进行探讨。     

飞机机翼防除冰系统研究进展

机翼表面的积冰对飞机飞行姿态影响很大.为满足飞机在低温、高湿等气候条件下的飞行要求,防除冰系统的设计研究是飞机设计中的重要内容.介绍了飞机积冰的特点及其对飞机飞行性能的影响,并对国外各种先进的机翼防除冰系统工作原理及特征加以介绍和对比分析,对国内飞机防除冰系统的设计具有很大的参考价值.     

GMS红外通道实时资料遥感海冰的研究

利用１９９４年１，２月的ＧＭＳ－４的红外亮温和可见光反照率资料，以辽江湾海冰为对象，得到了海冰参数的提以方法和冰厚遥感数字分布。根据冰水物理特性的差异，建立了冰水识别的判据，发现用亮温可以较好地识别冰水，由此和到了冰水区分的亮温疮阀值。     

双参数冰厚传感器的设计与研制

为了解决单一参数冰厚传感器在测量中出现的漂移和误判现象,利用空气、冰与水的物理特性差异的原理,改进了传感器结构,通过同时采集冰内的双参数进行比对分析,可以更加准确的对冰层厚度进行测量和判断。经大量实验证明,本传感器对冰厚检测可行并测量准确。     

Ice radar investigation at Dome A, East Antarctica: Ice thickness and subglacial topography

Dome A, located in the central East Antarctic ice sheet (EAIS), is the highest summit of the Antarctic ice sheet. From ice-sheet evolution modeling results, Dome A is likely to preserve over one million years of the Earth’s paleo-climatic and -environmental records, and considered an ideal deep ice core drilling site. Ice thickness and subglacial topography are critical factors for ice-sheet models to determine the timescale and location of a deep ice core. During the 21st and 24th Chinese National Antarctic Research Expedition (CHINARE 21, 2004/05; CHINARE 24, 2007/08), ground-based ice radar systems were used to a three-dimensional investigation in the central 30 km×30 km region at Dome A. The successfully obtained high resolution and accuracy data of ice thickness and subglacial topography were then interpolated into the ice thickness distribution and subglacial topography digital elevation model (DEM) with a regular grid resolution of 140.5 m×140.5 m. The results of the ice radar investigation indicate that the average ice thickness in the Dome A central 30 km×30 km region is 2233 m, with a minimal ice thickness of 1618 m and a maximal ice thickness of 3139 m at Kunlun Station. The subglacial topography is relatively sharp, with an elevation range of 949–2445 m. The typical, clear mountain glaciation morphology is likely to reflect the early evolution of the Antarctic ice sheet. Based on the ice thickness distribution and subglacial topography characteristics, the location of Kunlun Station was suggested to carry out the first high-resolution, long time-scale deep ice core drilling. However, the internal structure and basal environments at Kunlun Station still need further research to determine.     

基于BP神经网络的输电线路覆冰增长模型研究

分析了现有输电线路覆冰增长模型在预测中的不足以及神经网络对非线性映射变量表达的优越性,提出了一种基于Levenberg-Marquardt学习算法的BP神经网络的覆冰增长预测模型。通过实验获取的覆冰增长数据样本训练BP网络,利用收敛的网络进行输电线路覆冰增长的预测,仿真实验误差1mm以下的有7组数据,远高于对比模型makkonoe模型的3组,验证了模型有效性,对输电线路的覆冰研究和预防有重要意义。     

冰蓄冷柜式空调系统的充冷过程模拟

分析了多室内蒸发器的冰蓄冷柜式空调系统的流程和性能优点 ,建立了蓄冰槽充冷过程的数学物理模型 ,对换热管的每一个管段 ,根据热阻网络建立了描述其换热过程的差分方程组 .对方程组的求解得到了系统充冷过程的描述 ,揭示了该系统在制冰充冷过程中各参数之间的耦合关系和变化规律 .通过对蓄冰槽的充冷过程的模拟计算 ,可以看出在制冷剂干度超过 0 .6时 ,干度的增加将显著降低管内换热系数 ,从而明显地延缓充冷过程 .因此 ,可采用在制冰的中间过程中调换制冷剂的入口和出口来增加管外结冰的均匀性和提高结冰过程的性能 .此外 ,适当降低带蒸发器蓄冰槽的蓄冰率是合宜的     

后掠翼结冰数值模拟及实验研究

为研究带后掠角机翼的结冰数值模拟方法,通过建立三维结冰初始水膜模型以及结冰增长模型,对带后掠角的机翼进行结冰数值仿真。为验证模型的准确性,使用FENSAP-ICE软件进行同工况数值仿真,并且设计加工了30°后掠角的NACA0012翼型进行结冰风洞实验。结果表明：本模型能够对后掠翼的明冰工况进行仿真,仿真冰型与FENSAP-ICE冰型轮廓大致相同;本文计算的冰型与实验结果吻合较好,在冰角处的形状有差异但冰生长的总体趋势和大致结冰量与实验一致,沿展向不同截面冰型增长趋势也与实验大致一致。可见本文的后掠翼结冰数值模拟方法能够进行后掠翼结冰外形的计算。     

基于有限元分析的新型立式蓄冰板结构的优化设计

在立式封装板蓄冰设备的优化研究中,冰板结构尺寸的确定是一个基础而重要的环节．通过建立二维立式蓄冰板的相变传热数学模型,运用有限元分析对蓄冷过程进行模拟,通过模拟不同结构立式蓄冰板内的温度场的变化情况来分析蓄冰板的蓄冷、释冷性能,从而确定蓄冰板的优化结构,得出蓄冰板的厚度对完全结冰所需蓄冷时间、平均蓄冷速率等的影响较大．为充分利用8h的波谷电价时间段,确定立式蓄冷板的最优结构为600mm×320mm×50mm．     

电容感应式冰厚检测系统的冰厚判别方法研究

电容感应式冰厚检测系统每次采样的数据中,由于野值或奇异值的存在,使得冰层厚度的判断出现较大误差,为了提高判断精度,采用分段平均值法和奇异谱法的数据处理降噪方法,对冰层厚度传感器采集到的多组抽样数据进行了处理。经过对处理结果的对比分析,发现奇异谱法降噪处理后的效果更好,很好的滤除了野值和奇异值,提高了冰层厚度的判断精度。