湿雪堆积在桥电缆和其脱落由于外部温度上升等现象,风,和重力是一种严重威胁安全的汽车和行人过桥。通常桥电缆上的积雪被机械去除或热处理等外部手段是昂贵的,耗时的,高风险流程和基于很少或没有进行相关信息的实际大小和形状积雪。此外,清洁电缆使用机械方法可能导致电缆材料的侵蚀时应用多年,导致增强的表面粗糙度,并可能增加湿雪/冰堆积在未来降水事件,有时可能需要更换电缆,这是一个极其昂贵和复杂的任务。优化机械清洁程序的数量如链通过预测的形状和厚度上的积雪电缆保持降低成本、时间和风险相关的过程。在这项研究中,湿雪堆积在扭转刚性斜圆柱的高密度聚乙烯(HDPE)实验和数值研究。二维数值模型被开发利用气象数据来预测积累的厚度和形状的湿雪斜圆柱表面。室外实验也进行了测量积雪的密度和厚度,同时实时监测天气数据。总的来说,雪密度被发现与风速的增加线性增加,在雪降水。的最大厚度和形状上的积雪电缆从数值模型获得被发现是在良好的协议与户外实验数据。这项工作的目的是提供一个意味着预测积雪表面优化成本的效率和高风险的除雪过程。
大气糖衣是指各种过程在大气水滴冻结和坚持表面可能带来严重的安全风险人造建筑(
在不同类型的大气的糖衣,湿雪吸引了科学家之间的特别关注,由于其复杂性和粘性各种表面(
湿雪吸积在结构上导致两个主要问题。首先,额外的负载增加湿雪积累可能导致结构的破坏。第二,它的形状结构不断变化,改变空气动力学和通用系统的功能(
基于有限的经验,雪吸积在结构甚至可能发生在温度低至−7°C。然而,有一个弱的表面和雪块之间的粘附力低于冰点的温度由于低水含量的雪花,这意味着积雪只发生在低风速(<我nline-formula>
有不同的观点关于湿雪的温度形式。Admirat声称湿雪只发生在气温在0°C 2°C (
模拟湿雪吸积等水平扭转柔性电缆输电线路假定雪星盘中圆柱周围由于其灵活的特性(
我们研究雪吸积模型为了获得实时厚度、位置和形状上的积雪电缆。Makkonen和Wichura建议电力线上的雪积强度负荷电缆是观察到的可见性的函数<我nline-formula>
然而,大多数的湿雪吸积模型是基于一个基本的冰吸积方程,描述在ISO 12494 (
基于研究Barthazy Schefold,雪花的终端速度的范围<我nline-formula>
雪粒子正在向一个对象不一定会打击对象(图 碰撞效率上做了调查对象的不同类型的大气糖衣具有不同的几何图形,如缸 在这项研究中,一个二维数值研究雪粒子的碰撞效率是使用流利的软件来完成的。雪粒子假定在一个连续介质的空气对无限长圆柱体。因为这种假设,圆是选为对象的形状、粒子的碰撞。气缸的直径<我t一个lic>
D我t一个lic>= 2厘米,10厘米,15厘米,20厘米,30厘米的模拟。雪粒子被假定为球形粒子,和阻力作用是基于球面阻力定律。两种不同密度的<我nline-formula>
在空气中悬浮粒子的运动方程 雪粒子的速度场<我nline-formula>
验证碰撞效率的研究是使用Makkonen和Stallabrass实验工作 验证的碰撞效率(<我nline-formula>
图 碰撞效率(<我nline-formula>
因为它是图所示 坚持效率<我nline-formula>
现有的粘效率方程(<我nline-formula>
在低风速度(<我nline-formula>
吸积效率<我nline-formula>
·珀已经提出了余弦定律的一个解析解非线性吸积表面湿雪。在一些文学、吸积效率作为乘法的三个上述效率( 积雪厚度的时间(<我t一个lic>
t我t一个lic>)成为 为了获得正常速度的表面,它是方便的转换<我t一个lic>
x我t一个lic>- - - - - -<我t一个lic>
y我t一个lic>- - - - - -<我t一个lic>
z我t一个lic>坐标系统到一个新的坐标系统连接到电缆如图 使用两个旋转变换矩阵<我t一个lic>
y我t一个lic>设在和旋转<我t一个lic>
z我t一个lic>设在,速度转换为正常的表面,平行于表面: 在常规气象站,没有机会测量湿雪的水含量;然而,水含量的预测基于其他气象数据是可能的。Admirat认为水含量的湿雪是在地面降水强度的函数和终端速度的雪花 最重要的参数之一,影响电缆的吸积的雪是密度。有不同的模型来估计基于风速(湿雪密度 在这里,我们的模型使用可用的风向等气象数据和大小,降水率、温度和倾角等几何数据和实时预测电缆的直径厚度、位置和形状上的积雪桥电缆。
电缆外径<我t一个lic>
D我t一个lic>(毫米)
风速<我nline-formula>
雪粒子直径<我nline-formula>
碰撞效率(<我nline-formula>
计算值
10.24
20.
13.1
0.46
0.492
10.24
36
12.2
0.50
0.557
31.83
20.
13.1
0.20
0.184
31.83
36
12.2
0.28
0.275
44.40
20.
13.1
0.14
0.113
44.40
36
12.2
0.18
0.185
图
(一)户外实验装置测量积雪对高密度聚乙烯(HDPE)和不锈钢电缆。(b)特写HDPE电缆显示相机的照片。(c, d)雪密度测量设置包含两个斜板和一个水平板研究倾向的影响在雪地上密度累积前后,分别。(e)雪厚度测量值在九个位置(红点)。(f)电缆截面的图像显示积雪在外围的形状。
高密度聚乙烯(HDPE)桥电缆保持样品的直径<我nline-formula>
首先,我们进行户外实验测量积雪的密度板和使用测量密度值来模拟湿雪的积累倾向扭转刚性电缆。然后,我们将模拟结果与测量积雪厚度和形状的电缆。
雪花的正常速度造成压缩的积雪层,而雪花平行板的速度分量并不影响雪密度。通过假设雪花的平均速度下降<我nline-formula>
雪密度测量在不同的事件作为风速的函数正常表面温度和降水。在高风速度,更有效地压缩和雪雪层密度增加。温度和湿度是影响积雪密度的其他因素。
除了正常的速度、环境温度和湿度是雪密度的其他决定因素。这些参数影响雪粒子和空气之间的热传递。当空气之间的热传递和雪粒子增加,液体水含量(LWC)增加的雪。因为水的密度比空气和霰(雪)的基本元素,LWC雪雪密度有巨大的影响。换句话说,更高的LWC将转化为更高的密度。例如,我们的实验测量之间的密度最高的事件的平均气温0.7°C,造成大量的融化在雪花降雪期间和之后都积累。积雪的密度变化影响厚度电缆。因为它是支持信息的视频所示 因为它是支持信息数据所示 (一)积雪电缆保持逐步显示积雪的厚度的增加从左到右。(b)仿真结果的湿雪堆积在有线电视。直径的电缆在这些实验和模拟研究<我t一个lic>
D我t一个lic>= 20厘米。
积累的厚度湿雪的电缆是由一个二维数值方法获得。同时,为了转换<我t一个lic>
x我t一个lic>- - - - - -<我t一个lic>
y我t一个lic>- - - - - -<我t一个lic>
z我t一个lic>一个合适的坐标,使用变换矩阵。表 比较从实验和模拟获得最大积雪厚度为不同的事件。
平均温度和密度测量在事件包括在表中 错误的另一个来源是长期天气数据报告的间隔。天气条件不断变化,天气数据在较小的时间间隔可以考虑湍流效应和临时天气条件的变化。总之,与描述模型,我们能够预测厚度和积雪的方向上桥电缆从桥上显著,促进有效的除雪电缆。
事件1
事件2
事件3
事件4
事件5
密度(公斤/米<年代up>3年代up>)
116.4
86.6
67.8
79.7
44.6
实时
10:10
十一10
12:10
7
8
首度
上午9:40
凌晨
还有4
40
六点四十
7:40分
首度
23:10
温度(°)
−1.78
−1.78
−1.31
−0.31
−0.14
−7.4
−7.1
−0.5
−0.9
−0.9
−1
−1.7
−2
−0.2
厚度(毫米)
6.41
14.85
17.85
13.33
27.67
13.09
13.62
15.56
21.62
23.44
31.62
35.05
44.7
29日
仿真结果
厚度(毫米)
9.9
17
17.67
14.33
25.67
10.33
14.33
16.00
20.67
22.67
24.67
32.33
49.00
31.33
户外测量
误差(%)
35
12
1
6
7
20.
−5
2
4
3
28
8
8
7
摘要湿雪堆积在斜扭转刚性电缆。预测厚度、形状和方向的湿雪积累电缆除雪发展中优化策略是至关重要的。在这项工作中,我们开发了一个数学模型提出一种增量式方法获取实时厚度和湿雪的形状上堆积电缆保持使用变换矩阵。此外,我们进行户外实验来验证数值模型的准确性。湿雪密度强烈影响其积累的形状和厚度在不同的表面,它取决于天气条件,如风速、温度和湿度。因此,我们进行了室外实验获得湿雪的密度作为风速和温度的函数,利用这些测量的数值模拟的结果。方向和湿雪的最大厚度从模型获得良好的协议与取向和最大厚度测量的电缆。这项工作的目的是提供一种方法预测雪堆积在桥电缆和为了在雪事件相关的成本和风险最小化。这些见解的基础为未来的研究提供输入的其他类型的大气结冰表面具有不同的几何图形。此外,它可以使用在设计潜在的被动和主动从这些表面结冰排斥机制。
使用的数据来支持本研究的发现可以从相应的作者。
作者宣称没有利益冲突。
图S1:比较的形状和积雪的厚度在有线电视和仿真结果为两个不同的事件。表S1:总结通用控制方程的变现<我t一个lic> κ我t一个lic>- - - - - -<我t一个lic> ε我t一个lic>湍流模型,以解决连续性和n - s方程。S1:实时传输视频电缆保持积雪。