电线积冰物理过程的数值模拟研究

摘要

2010年1月，在湖北恩施雷达站进行了电线积冰外场观测，本文利用雾滴谱、雨滴谱、积冰直径资料以及气象常规观测资料，分析了一次典型积冰过程的发展、维持和崩塌三个阶段的特征和物理机制，然后利用一个包含液滴碰撞电线和电线表面热平衡过程的模式对这次积冰的物理机制进行模拟，并分析了各个物理量对积冰过程的影响。
　　 观测分析表明，积冰与空气温度、液水含量、相对湿度、电线悬挂高度、风速和风向等有关。在积冰的发展阶段，由于地面温度低，空气中液水含量较高，使积冰形成并发展较快。但并不是含水量越大越利于积冰，当含水量达到一定阈值时，碰撞电线的水滴会来不及冻结，水滴会随着重力作用或风的拖曳作用掉落。维持阶段空气温度很低，但空气中液水含量很小，积冰很难发展。由于积冰多数由雾滴冻结形成，粘附力较低，当温度升高时，积冰直接脱落。
　　 模拟试验结果表明：电线积冰模式能够较好地模拟出积冰的形成、发展、维持过程和积冰类型，模拟的积冰直径随时间的演变与观测结果较为一致，但模拟值比实测低且维持阶段的持续时间比实际观测的持续时间短，这是因为在积冰期间未观测到风速资料，在模拟过程中，假设风速为常数，且风向与电线垂直。
　　 敏感性试验表明：在湿增长过程中，冻结系数与环境温度成反比，当温度达到使湿增长转变为干增长时，冻结系数为1；而风速对电线积冰却有两个互相对立的影响，一是碰撞效率随风速的增大而增大，另一个是冻结率随风速的增大而减小；电线直径的大小对积冰也有重要影响，电线越粗积冰直径越小，但积冰重量大。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 引言

1.1研究目的和意义

1.2国外研究进展

1.2.1垂冰模式

1.2.2形态模式

1.3国内研究进展

1.4本文主要研究内容

第二章 电线积冰物理机制

2.1电线积冰的定义和分类

2.2冻雨的概述

2.2.1冻雨的定义

2.2.2冻雨的形成条件

2.3电线积冰的成因

2.3.1碰撞效率

2.3.2粘性率

2.3.3热量平衡

2.3.4冰密度

第三章 电线积冰过程的观测分析

3.1资料来源

3.2观测概况

3.2.1积冰直径和厚度的测量及处理

3.2.2资料概况

3.3电线积冰过程观测分析

3.3.1天气形势

3.3.2电线积冰过程

3.3.3气象条件对积冰的影响

3.3.4积冰增长率与温度和含水量的关系

第四章 模式介绍

4.1基本方程

4.1.1碰撞效率

4.1.2热量平衡

4.1.3冰密度

4.2模式框架

第五章 积冰过程的数值模拟

5.1控制试验

5.2敏感性试验

5.2.1不同密度参数化方案的比较

5.3.2温度对积冰的影响

5.3.3风速对积冰的影响

5.3.4液水含量对积冰的影响

5.3.5液滴直径对积冰的影响

5.3.6电线直径对积冰的影响

5.3.7各气象要素对热通量的影响

第六章 总结

6.1主要结论

6.2本文特色

6.3存在的不足与今后的研究方向

参考文献

致谢