导线覆冰过程的数值模拟与可视化仿真

发布时间：2020-04-24 19:19

【摘要】：输电导线覆冰通常发生在冻降雨期间,当降雪颗粒或过冷却水滴撞击暴露于大气环境中的输电导线表面并被捕捉,导线覆冰由此产生。这种自然现象可能会对电力系统产生不良影响,甚至严重其正常稳定运行,对人民正常生产生活造成巨大影响。每年在中国都有大量因导线覆冰引起的导杆、倒塔、闪络等电力系统重大安全事故被广为报道,引起了众多学者专家对此领域进行了深入研究。导线覆冰过程的数值模拟对于导线覆冰的预测和冰灾的预防有重要意义,本文系统的研究了导线覆冰的形成过程,分析了影响导线覆冰形成的大气环境因素及导线直径因素,建立了多影响因子的导线覆冰数值模拟综合模型,运用C++混合编程技术研究并实现了导线覆冰过程的数值模拟自动化,在Qt(跨平台图形用户界面应用程序开发框架)平台上开发了导线覆冰数值模拟软件。本论文主要研究内容如下:(1)研究了适用于二维覆冰导线流体计算的网格自动化生成及更新方法,采用C++编程技术基于推进波前法实现了二维导线覆冰网格的自动化生成,研究并实现了输电导线覆冰后的网格自动化更新,网格可实现根据用户输入的网格尺寸参数进行覆冰导线贴体网格自动加密,生成网格质量良好,可用于后续流体力学求解器的计算;研究了用于网格和流体力学求解器间数据传递的标准网格文件数据格式,基于Inp文件格式实现了网格和流体力学求解器间的数据传递。(2)研究了适用于二维覆冰导线流体计算的数值仿真模型及自动化控制方法,采用有限体积法求解基于RNG方法的k-ε湍流模型,利用WIN32API函数CreateProcess()结合Journal文件命令流控制计算流体力学Fluent求解器实现了二维导线覆冰网格更新后的自动化仿真,可实现不断循坏迭代对更新后的覆冰网格进行流场自动化计算,分析了导线未覆冰与覆冰后的流场速度数值分布、矢量分布的变化,结果表明导线覆冰后由于外形改变,会引起周围流场数值分布的变化,进而会影响覆冰增长的过程。研究了二维覆冰导线水滴碰撞特性计算方法,采用拉格朗日方法实现了二维覆冰导线水滴碰撞轨迹、水滴碰撞率等的计算,分析了不同导线未覆冰与覆冰后的水滴碰撞轨迹和局部碰撞率的变化,结果表明覆冰后由于外形外边改变,会引起水滴碰撞特性的变化。(3)研究了覆冰增长过程数值模拟方法,研究了导线覆冰增长机理,将导线覆冰增长过程划分为多个微时间步长的覆冰过程,研究了不同时间步长ts取值对覆冰冰形和质量的影响,并与文献结果进行对比得到ts会影响覆冰预测的准确性的结论,合理选择ts取值是覆冰预测结果准确性的保证,因此综合考虑ts对数值模拟准确性和时间开销的影响建立了最优时间步长模型;实现了时变参数的整个导线覆冰过程的自动化数值模拟,分析了不同大气环境参数及导线直径对导线覆冰质量及冰形的影响,得到了各因素对覆冰的影响规律;为验证覆冰数值模拟结果,在重庆大学雪峰山自然覆冰试验基地进行了自然雾凇覆冰试验,基于旋转圆柱多导体装置配合PTU及风速仪等仪器测量大气参数,试验30min得到的覆冰质量及冰形与本文预测结果吻合较好。(4)研究了二维导线覆冰过程的数据可视化方法,利用C++混合编程技术及Qt(跨平台C++图形用户界面应用程序开发框架)平台,运用动态链接库技术,将导线覆冰过程的几大核心模块视为可视化模拟系统的类库,通过整合所有模块开发了二维导线覆冰过程的可视化仿真软件,实现了导线覆冰从参数输入到结果可视化的全自动数值模拟。
【图文】：

曲线,微元,线段,圆弧

格文件支持优先级网格划分机制，在二和网格全局参数。对于网格节点设置局部网格尺寸 ( ) /Glob ih x h rp。全局分级系数网格尺寸函数的梯度由不等式( )xh x irs 针对网格文件所有的直线段或曲线设P1 P2P3P1 P5P6P7P8L12L23图 2.2 二次贝塞尔曲线Fig. 2.2 Quadratic Bezier cu

示意图,网格划分,问题,示意图

图 2.5 网格划分问题示意图Fig. 2.5 Meshing problem用算法是推进波前法，对某些边界图像进行从规则应用程序代码中抽象出具体规则。该则,过程较为复杂，但易于定义，在理论上可是基于一种启发式算法，新的单元生成策略于传统的 AFT 方法应用了一种二维三角网格。传统的 AFT 在推进过程中是以前沿尺寸最小略，，这种策略没有考虑前沿的位置，可能造种逐层推进策略[51]，如图 2.6 自由域网格单元部和外部边界）向自由域推进生成新单元，，一类为活跃前沿，一类为非活跃前沿，规化的顺时针方向的拓扑环，不生成新节点和
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM752

【参考文献】