Математическое моделирование процесса обледенения изолятора ЛЭП

В статье рассматривается возможность решателя iceFoam, разработанного в ИСП РАН на базе открытой библиотеки OpenFOAM, для моделирования процесса обледенения изолятора линии электропередач (ЛЭП). Исследуются возможности применения открытых программных комплексов OpenFOAM, Paraview для моделирования процессов обледенения изолятора ЛЭП с использованием решения системы уравнений Навье-Стокса для многофазной среды на динамической подвижной сетке. Моделирование проведено для случая обтекания модели изолятора ЛЭП, расположенного в расчетной области, с заданным распределением начальных физических параметров для скорости, температуры, водности, размера капель. В результате расчета получены поля скорости, давления, температуры, масса льда. Расчетная область представляла собой куб с размеров стороны в 5.6 метра. Расчетная неструктурированная сетка включала в себя 1.5 млн расчетных ячеек. Были выполнены расчеты для случая обтекания и обледенения изолятора с напряжением 110 кВ по времени на 200 секунд. Один типовой расчет запускался на 96 вычислительных ядрах и выполнялся по времени около 4 суток. Визуализация результатов расчета выполнена в пакете Paraview с использованием технологии фильтров и программных скриптов. Показано, что картина льда на внутренних фрагментах изолятора существенно отличалась от картины на краевых деталях. Значительные величины турбулентной вязкости наблюдались в подветренной области изолятора. Расчеты были проведены на вычислительном кластере ИСП РАН UniHUB.

1. Богатырев В.В. Исследование влияния обледенения на аэродинамические характеристики самолета на режиме посадки. Ученые записки ЦАГИ, 2014, № 4, с. 37-47.

2. Жбанов В.А., Кашеваров А.В., Миллер А.Б., Потапов Ю.Ф., Стасенко А.Л., Токарев О.Д. Исследования обледенения в различных условиях. Труды МАИ. 2019. Выпуск № 105. с.1-17.

3. Кашеваров А.В., Стасенко А.Л. Дискретно-капельный режим образования льда. Журнал технической физики, 2020, т. 90, вып. 1, с. 46-52.

4. Huang Y., Virk M. S., Jiang X. Study of Wind Flow Angle and Velocity on Ice Accretion of Transmission Line Composite Insulators. IEEE Access, vol. 8, pp. 151898-151907, 2020, DOI: 10.1109/ACCESS.2020.3017507.

5. Huang Y., Jiang X., Virk M.S. Ice accretion study of FXBW4-220 transmission line composite insulators and anti-icing geometry optimization. Electric Power Systems Research, 2021, vol. 194, 107089, ISSN 0378-7796.

6. Dai D., Hu Y., Qian H., Qi G., Wang Y. A Novel Detection Algorithm for the Icing Status of Transmission Lines. Symmetry 2024, 16, 1264.

7. Кошелев К.Б., Мельникова В.Г., Стрижак С.В. Разработка решателя iceFoam для моделирования процесса обледенения. Труды ИСП РАН, том 32, вып. 4, 2020, стр. 217-234. DOI: 10.15514/ISPRAS-2020-32(4)-16. / Koshelev K.B., Melnikova V.G. Strijhak S.V. Development of iceFom solver for modeling ice accretion. Trudy ISP RAN/Proc. ISP RAS, vol. 32, issue 4, 2020. pp. 217-234 (in Russian). DOI: 10.15514/ISPRAS-2020-32(4)-16.

8. Кошелев К.Б., Осипов А.В., Стрижак С.В. Особенности реализации эффективного алгоритма параллельных вычислений для моделирования обледенения стреловидного крыла с профилем GLC-305. Труды ИСП РАН, том 33, вып. 5, 2021, стр. 249-258. DOI: 10.15514/ISPRAS-2021-33(5)-15. / Koshelev K.B., Osipov A.V. Strijhak S.V. Features of implementation an efficient parallel computation algorithm for modeling the ice accretion of a swept wing with a GLC-305 airfoil. Trudy ISP RAN/Proc. ISP RAS, vol. 33, issue 5, 2021, pp. 249-258 (in Russian). DOI: 10.15514/ISPRAS-2021-33(5)-15.

9. Strijhak S., Ryazanov D., Koshelev K., Ivanov A. Neural Network Prediction for Ice Shapes on Airfoils Using ice Foam Simulations. Aerospace, 2022, vol. 9, no. 2. DOI 10.3390/aerospace9020096.

10. Bourgault Y., Beaugendre H., Habashi W. Development of a shallow-water icing model in FENSAPICE. Journal of Aircraft, vol. 37, no. 4, 2000, pp. 640-646.

11. Papadakis M., Yeong H-W., Wong S-C. et al. Experimental investigation of ice accretion effects on a swept wing, 2005, 205 p.

12. Chang S, Tang H, Wu H, Su X, Lewis A, et al. Three-Dimensional Modelling and Simulation of the Ice Accretion Process on Aircraft Wings. Int. J. Astronaut Aeronautical Eng., 2018, 3:020.

13. Россети Кубань: доступно по адресу: https://rosseti-kuban.ru, дата обращения 25.12.2025.

14. Fikke S. et al. COST 727: Atmospheric Icing on Structures Measurements and data collection on icing: State of the Art. 2006. Publication of MeteoSwiss, 75, 110 p.