1.一种用于输电线路覆冰重量的计算方法,其特征在于:包括如下步骤:S1.以导线横截面作为研究对象,并将导线横截面的边界划分为n个表面微元;S2.采集输电线路环境覆冰参数;S3.根据所采集的覆冰环境参数计算时间步长内第i个表面微元的覆冰重量m ice(i) ,并根据如下公式计算输电导线的覆冰重量M: 其中,L为导线的长度,T为覆冰总时间;步骤S3中,根据如下方程组计算时间步长内第i个导线表面微元的覆冰重量m ice(i) : 其中,m w 为碰撞到导线表面微元表面的水滴质量,m ex 为碰撞到导线表面微元表面的水滴的蒸发水量,m rb(i-1) 为上一个导线表面微元未冻结水滴流入当前导线的质量,m rb(i+1) 为当前导线表面微元未冻结水滴流入下一个导线表面微元的质量;Q s 为当前导线表面微元水滴冻结释放的潜热;Q v 为水滴碰撞当前导线表面微元所产生的能量;Q hot 为水滴撞击当前导线表面微元表面时摩擦产生的能量;Q ex 为当前导线表面微元的水滴蒸发或者冻结后升华所吸收的能量,Q h 为导线表面微元表面水滴因空气对流所损失的能量;Q rbi+1 、Q rbi 分别为从第i个单元体内传递热量和传递到第i+1个单元体的能量,LWC为空气中液态水的含量,A i 为导线表面微元长度,V ∞ 为无穷远处的来流速度,α 1 为当前导线表面微元的局部碰撞率;α 2 为当前导线表面微元的收集系数,α 3 为当前导线表面微元的冻结系数;其中:水滴冻结释放的潜热Q s 为:Q s =m ice [c i (T f -T s )+L f ]水滴碰撞产生的能量Q v 为:水滴撞击导线表面摩擦产生的能量Q hot 表示为:水滴蒸发或升华吸收能量Q ex 为:Q ex =A i E[e(T s )-e(T f )]空气对流散失的热量Q h 为:Q h =h c A i (T s -T f )式中,h c 为水滴和冰表面的对流换热系数;r为空气加热恢复系数;E为冰层蒸发或升华系数;c i 为冰的比热容;T f 为水膜表面温度,即273.115K;T s 为环境温度;根据如下方法计算局部碰撞率α 1 :S301.将导线覆冰周围的空气流场划分为势流区和近壁区;S302.确定空气中水滴撞向导线的运动轨迹:a.计算近壁区内流场速度分别在x方向和y方向的分速度U nx 和U ny :δ为边界层厚度;λ边界层速度梯度相关系数,U e 为空气在边界层的速度;U h 距离壁面h高度的速度,θ为速度与x轴的夹角;b.计算势流区气流速度:式中, 为求解域中场点Q的势函数;q为物体边界 势函数的法向导数,V ∞ 为无穷远处的来流速度,n x 为边界 上的单位法向量在x轴方向上的分量, 为拉普拉斯算子的基本解, 为源点速度势, 为待求场点速度势,势流区内流场速度分别在x方向和y方向的分速度U x 和U y ;S303.根据步骤S302中计算结果,并根据如下公式确定水滴的轨迹: 其中,K为空气-水滴的交换系数,τ为计算域空间步长,通过该公式计算求得v x 和v y ,即确定出空气中水滴的轨迹;其中,v x 和v y 分别为空气中水滴的速度在x方向和y方向的分量;S304.根据如下公式计算碰撞系数α 1 : 其中,dy为相邻两条轨迹在未受偏转时的距离;ds为相邻两条轨迹的水滴在导线表面微元表面的碰撞点之间的导线表面微元表面弧长;根据如下公式确定空气-水滴的交换系数K: 其中,μ a 为空气粘性系数;ρ w 为水滴密度;MVD为水滴中值直径;C D 为阻力系数;Re为相对雷诺数。
2.根据权利要求1所述输电线路 覆冰重量的计算方法,其特征在于:根据如下公式确定边界层厚度δ:δ=8.5θ s ;其中,θ s 为边界层动量厚度;当近壁区为层流时的边界层动量厚度为:当近壁区为湍流时边界层动量厚度为: 其中,υ为空气粘性系数,S为层流向湍流发生变化的表面距离;近壁区的流动由层流到湍流过渡通过粗糙度雷诺数Re k 值进行判断: 当Re k ≥600时,为湍流;当Re k <600时,为层流。
3.根据权利要求1所述输电线路 覆冰重量的计算方法,其特征在于:还包括步骤S4:计算导线表面微元的覆冰厚度d: 其中,ρ ice 为导线表面微元的覆冰密度,A i 为导线表面微元长度,Δt为覆冰的时间步长;根据计算得到的导线表面微元的覆冰厚度更新导线表面微元的外部轮廓特征,作为下一次覆冰重量计算的初始导线表面微元的轮廓。