Kar ve Buz Accumulation on Overhead Thingsors

Kış fırtınaları, yüksek güç hatları için önemli bir tehdit oluşturuyor. Kar ve buz birikimi önemli bir ağırlık ekliyor, aerodinamik yükler artırıyor ve karmaşık çoklu akış, flaşlar veya hatta yıkıcı yapısal başarısızlıklar oluşturmak için sağlam bir platform sunuyor. Bu makale, etkili bir şekilde, adım adım adım adım adım atma ve ANSYS ile güç hatlarına pratik geliştirmeleri için bir kılavuz sunuyor.

Power Lines'da Buz Accretion Fiziği

Üst iletkenlerdeki buz birikimi, meteorolojik koşullara bağlı olarak çeşitli farklı mekanizmalar aracılığıyla meydana gelir:

  • [FONT:0]In-cloud icing:[Dönetici:[Dönetici: 0) FİLM veya bulutlar soğuk iletken yüzeyle temas halinde, ime veya glaze buz oluşturur.
  • [FONT:0)Öyletim: [DÜDÜSÜSÜSÜSÜSÜSÜŞÜN: 0)Öyleleme: [DÜŞÜNÜSÜŞÜNCÜSÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜ: 0,5]Üye Olmayan Yağmur veya ıslak kar hattına bağlanır ve sık sık sık yoğun, ağır buz üretir.
  • [FONT=0) Atmosferi fog veya drizzle'den uzaklaştırma:[Dönetici:[Dönetici:0)[Uygunluk düzeyinde, genellikle hızlı bir accretion oranlarına yol açıyor.

Buz büyümesi oranı ve şekli rüzgar hızına bağlıdır, sıcaklık, damlalık büyüklüğü dağılımı, sıvı su içeriği ve iletkenin yüzeyi kabalığı ve sıcaklığına bağlıdır. Kar birikimi farklı bir dinamiktir: kuru kar tipik olarak kolayca dökülebilir, özellikle de rüzgara dayalı olarak doğru CFD modelleme bu nüansları yakalamak zorundadır, örneğin ime (kuru büyüme) ve glaze (bizim büyümesi) buz.

Neden Güç Hattı Icing Simülasyonları için ANSYS Fluent kullanın?

ANSYS Fluent, multifak akış, parçacık izleme ve icing simülasyonları için kritik olan ısı transferleri için kapsamlı bir araç sunar:

  • [FONT:0]Eulerian-Lagrangian yaklaşımı: [DFLT:1] Sürekli hava aşaması Navier-Stokes denklemleri ile çözülebilir, ancak ayrı kar veya su damlacıkları Lagrangian partikülleri olarak takip edilir.
  • [FONT:0]Eulerian-Eulerian multifaksiyon modeli: [DDD: 1] Yüksek damlak konsantrasyonlar için, karışım veya Eulerian modeli her iki aşamayı da sürekli olarak tedavi edebilir.
  • [FONT=0)Phase değişim modellemesi:[Dönlendirme/önlendirme modelleri süper soğutmalı damlacıkların dondurulması ve buzun erimesi ile ilgili olarak simüle edilir.
  • [FONT=0] Kullanıcı Tanımlanmış Fonksiyonlar (UDFs):[Dönetici:0) Özel kod, ammesel accretion yasalarını, buz yoğunluk korelasyonlarını veya ısı flux profillerini uygulayabilir.

[Düzücü:0)ANSYS Fluent[[Dönetici: 1)), endüstri standardı, doğrulanmış fizik ve geniş işleme yetenekleri nedeniyle, mühendislerin buz şekillerini görselleştirmelerini, termal histories ve aerodinamik yükleri yapabilmelerini sağlar.

Geometry ve Meşruyu kurmak

Davranışçı Model Yaratmak

Güç hattı segmentinin 3D modelini inşa ederek başlayın. Birçok durumda, 2D kesiti buz accretion profillerini yakalamak için yeterlidir, çünkü çizgi uzun ve akış ağırlıklı olarak bir silindir etrafında iki boyutludur. Ancak, paketleyici iletkenler veya karmaşık etkiler için, tam 3D domain gereklidir.

  1. Gerçek bir çapı ile bir silindir olarak iletken oluşturun (örneğin, 30 mm ila 50 mm tipik bir üst hat için).
  2. Hesaplama alanı, birkaç iletken çapı genişleterek ve aşağıstream (en azından 10D) sınır etkilerini önlemek için.
  3. Akışın sismetrik olup olmadığını bir simetri uçağı kullanın (örneğin, yatay rüzgar perpendiculara line).
  4. Türbülans modeli için uygun olan iletken yüzeye yakın iyi bir ağ uygulayın (y+ ⁇ 1 for k- ⁇ SST).

Sınırsal Koşullar ve Malzeme Özellikleri

Hızlanma ve baskı çıkış sınırları olarak. icing simülasyonları için, inlet ayrıca ayrı damlacıklar veya ikincil bir aşama taşımak zorundadır. Anahtar malzeme özellikleri şunları içerir:

  • [FONT:0) Hava: [Dönemli ideal gaz veya sürekli yoğunluk; çevre sıcaklığında tanımlanan vizoloji ve termal iletkenlik (~-5°C) 0°C'ye göre tanımlanır.
  • [FONT:0)Water droplets:[Dönetici:[Dönetici: 1 ) Yoğunluğu 1000 kg/m3, çapında genellikle 10-50 μm (ortalama hacmi).
  • [FONT=0)Ice:[[Dönemli buz için iç içeklenme (200-600 kg/m3) veya buz (900 kg/m3); termal iletkenlik ~2.2 W/(m·K).

Multifa Akış ve Parçacık Takip

Kar ve Droplets için ayrı faz modeli (DPM)

ANSYS Fluent'in DPM, dilsiz akışlar için idealdir (gösterme <% 10). Belirli bir kitle akışı oranı ile Inletten İntegra parçacığı, rüzgara eşit ve bir Rosin-Rammler eğrisi sonrasında rastgele boyut dağılımını belirler.Polonyalı denklemler, gravjektörleri göz ardı eder ve turbul edilebilir bir dağılımı.Bir parçacık iletken bir akışa ulaştığında, bir UDF veya inşa edilmiş bir modele bağlı olarak, sıkıca bağlı bir şekilde sabitlenebilir.

[Düzücük ısı kaldırılmış)[0][Dönemli ısınır)[Düzen ısı kaldırılır)[Döne:2) - eğer kesik 1, tüm su dondurursa (düşük buz); 1'den daha az sıvı film formları (glaze buz)

).

Kar için, yapışkanlık verimliliği karın ıslaklığı ve yüzey sıcaklığına bağlıdır. Kuru kar (sıcak:0) . A UDF, literatürden gelen ampirik korelasyonları içerebilir, örneğin Ulusal Yenilenebilir Enerji Laboratuarı (NREL)).

Eulerian Multifa Model for Dense Spray

Ayaklanma hacminin 1–2'yi aştığında, DPM sabit bir şekilde pahalı ve daha az doğru hale gelir. Bunun yerine, Eulerian multifaz modelini kullanarak, bu yaklaşım, yüksek sıvı su içeriği için daha uygundur.

Heat Transfer ve Faz Change Modeling

Katıification/Melting Model

ANSYS Fluent, çokfa veya DPM kurulumundaki modele göre sağlam bir şekilde sahiptir ve faz-değişim sıcaklığı aralığı (örneğin su için 0°C'ye) göre bir duvar olarak tanımlanabilir.Bu, sıvı sudaki damlacıkların dondurulması için gereklidir; 1 lik sıvı su, 0 anlamına gelir.

Konfor ısı Transferi için Konjugate Heat Transfer for Conductor Isıtma

Gerçekte, iletken sıcaklık elektrik akımı (Joule ısıtma) tarafından etkilenir ve çevre koşullarını yakalamak, özellikle de yüksek akım hatlarıyla iletkenin içinde sağlam bir bölge oluşturabilir (I2R kayıpları) sonra, sıvı-solid arayüzünde ısı geçişi etkinleştirir.Bu darbelemenin birkaç derecesi bile hayatidir, çünkü birkaç derece iletken ısıtmanın icing veya neden olabilir.

Buz Accretion Şekil ve Zaman Üzerinde Büyüme Modelleme

Buz tek bir silindir oluşturmaz; korelar, tüyler ve aerodinamik davranışı derinden değiştirir. Şekil evrimi, ANSYS Fluent birlikte ağ geçidi teknikleri ile birlikte olabilir.

  1. Akış çözümü ve parçacığı kısa bir süre boyunca takip edin (örneğin, 1 dakika gerçek zaman).
  2. Buz kütlesi, her duvar yüzünde parçacığın flux ve donduran keserek depolandı.
  3. Geometriyi buz hacmine ve yoğunluğuna göre dışlayan duvar düğümlerini güncelle.
  4. Dinamik ağ katmanı veya düzgün bir yöntem kullanarak pürüzsüz bir ağ.
  5. İstenen toplam accretion zamana kadar süreci tekrarlayın (örneğin, 1 saat) ulaşıldı.

Bu iteratif yaklaşım, genellikle dergi senaryoları veya UDFs ile uygulanır, rüzgar tünel deneylerine karşı doğrulanabilir gerçekçi buz şekilleri üretir.

Aerodinamik Yükler ve Enstability Instability

Buzun ayrı bir şekilde ortaya çıktığı zaman, çizginin kesiti asimetrik hale gelir, bir buzulun bir saldırı açısına neden olabilecek zaman tasarrufuna yol açabilir. Bu katlar daha sonra galoping. ANSYS Fluent aerodinamik katlar (C L, C D, C M) hesaplı bir saldırının bir fonksiyonu olarak kullanılır.

  • [FONT=0]Critical rüzgar hızı:[Dönetici:0]Critical rüzgar hızı:[Dönetici:0]
  • [FONT:0)Ice şekli simetri:[Dönemli olmayanlar asansör eğimi dramatik bir şekilde değiştirir.
  • [0] Doğal frekans aralığı:[Dönetici:[Dönder:) Gerçeği, birim uzunluğuna göre kütleyi ve uzunluğu ile belirlenir.

Mühendisler bu sonuçları, kafa karıştırıcıdaki gerilimleri artırmak veya betonarme perdeleri veya interfaksiyonları gibi anti-galloping cihazları kurmak için kullanabilirler.

De-İcing ve Anti-Icing Strategies: CFD ile Geçerlilik

CFD simülasyonlar sadece bilgi tahmin etmek için değil, aynı zamanda test mitigation stratejileri için de geçerlidir:

Davranışçı Isıtma (Joule Etkisi)

Pasifikasyonun çizgideki mevcut yükü kasıtlı olarak artırmak, kaplamanın üzerindeki iletken sıcaklığı artırmak. ANSYS Fluent bunu sabit bir duvar ısısı (örneğin, 5°C) veya kullanarak konjugate ısı transferini değişken elektrik ısıtma ile hızlandırabilir.

De-Icing Akışkanları Uygulama

Bazı dağıtım hatları için, anti-ikleştirici sıvılar (örneğin propylene glycol) sprey edilir. Bir tür ulaşım modeli ile çok fazlı simülasyon sıvı film kalınlığını ve dondurma noktasını etkileyebilir. Model akış oranını optimize edebilir ve uygulama zamanlamasını optimize edebilir.

Pasif Buz Shedding

Simülasyonlar ayrıca rüzgar veya termal çevrimler altında buz dökmelerini değerlendirebilir. Buz-konduk arayüzü taksiyon gücü (tipik olarak bir UDF ile o zaman dekolmanını tahmin eden bir UDF aracılığıyla), mühendisler hattın altındaki riskleri azaltmaya yardımcı olabilirler.

Vaka Çalışması: Dağlık Terrain'deki Yüksek Voltage Transmission Line

230 kV iletim hattı bir dağ geçişi dondurmaya eğilimlidir. ANSYS Fluent kullanarak, mühendisler 40 mm ACSR iletkeniyle 100 m aralığında bir araya geldiler. Anahtar koşullar: rüzgar hızı 15 m / s, ortam sıcaklığı -8°C, LWC 0,5 g/m3, medyan damlacık çapı 30 μm.

Geçerlilik ve Limitlemeler

CFD güçlü olsa da, deneysel verilere veya alan ölçümlerine karşı doğrulanmalıdır. Bazı kısıtlamalar şunları içerir:

  • [FONT=0]Turbulence modelleri: [Dönetici: [Dönetici] Standart k- ⁇ buzlu silindirlerin arkasındaki ayrım noktaları yanlış tahmin edebilir; ölçek çözme modelleri (LES, DES) daha doğru ama hesaplamalı pahalı.
  • [FONT:0)Ice faz karmaşıklığı:[Dönetici:[Dönetici: 1 ) Yoğunlaşma sırasındaki mekanik özellikler basit katılaşma modelleri tarafından tamamen ele alınmaz.
  • [FONT:0)C ⁇ maliyeti:[Dönetici:[Dönetici:0) Birçok zaman adım üzerinde Iteratif form evrimi zaman içinde optimize edilebilir; düşük sipariş modelleri gerçek zamanlı mühendislik uygulamaları için gerekli olabilir.

Bu zorluklara rağmen, ANSYS Fluent ayrıntılı icing çalışmaları için mevcut en pratik araç olarak kalır. Kapsamlı bir geçerlilik kriteri için, bkz theDANFLT:0)NREL rüzgar türbini icing araştırma), bu da benzer fizikleri güç hattı icing ile paylaşır.

Future: Machine Learning and Digital Twins

Güç hattında bir sonraki sınır, gerçek zamanlı icing tahminleri ile makine öğrenimi ile hızlı bir şekilde yayılma modelleri oluşturmak için doğru sonuçlarla entegrasyondır. binlerce CFD simülasyonlar rüzgar hızı, sıcaklık, LWC ve iletkenlik, hizmetler gerçek zamanlı icing tahminleri oluşturabilir.Bu gerçek zamanlı olarak, hava verilerini izlemek ve tüm ızgarada buz yüklerini tahmin etmek için, proaktif bakım sağlar. ANSYS Fluent'un dijital bakım.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

ANSYS Fluent, elektrik altyapısı için ayrıntılı, fizik tabanlı bir platformla ilgili kar ve buz birikimini güç hatlarıyla modellemek için mühendisler sunar.Çokfak akış, parçacık izleme, ısı transferi ve ağ deformasyonu, simülasyonları verimi sağlar, aerodinamik yükler ve termal histories.Bu bilgiler doğrudan daha güvenli iklimlerde çalışan herhangi bir fayda için geçerlidir, bu simülasyonlar doğrudan daha az maliyetle, daha düşük güç sağlar ve daha düşük maliyetli bir şekilde teslim edilir.