喷射式高海拔沙尘天气模拟系统设计与研究

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特高压输电由于输电能力强、路线能耗小等优势具有广阔的发展前景。然而,西北地区高海拔和沙尘环境会影响特高压输电线路的电晕特性,进而影响电网的安全有序运行。因此,开展高海拔沙尘天气模拟系统设计与研究可为我国西北特高压输电线路电晕特性的试验研究奠定物质基础。针对西北沙尘天气下特高压输电线路导线电晕特性试验研究的需求,结合青海西宁基地的电晕笼和自然环境条件,充分考虑试验系统的经济性和可移动性,拟定了两套基于自由淹没射流的喷沙方案,并通过喷沙实验验证了引射器引射混合方案的可行性。在此基础上,主要进行了关键部件设计、图纸绘制、设备选型和系统布置等工作,完成了产品试制。在批量生产和现场试验前,为减少现场实验的人力耗费,对所设计的沙尘天气模拟系统进行了数值模拟研究,提出了沙尘天气模拟系统在不同海拔高度处应满足的条件,获得了沙尘天气模拟系统的扩散效果和不同给沙量下的浓度分布,以指导现场试验调试。研究结果表明:1)引射器引射混合方案相较于正压气力输送方案,更易于实现沙尘浓度的精确调节,并且成本更低;2)小型螺旋输送机给沙量与变频器频率基本成线性关系;3)在引射器内部补气孔附近及引射器出口附近均出现明显的激波边界层干扰现象,干扰区内气流非定常性增强;4)引射器必须满足先收缩后扩张的几何条件;在补气孔处,管内压力则须低于外界背压,压差越大,引射器引射系数越大;5)为将沙尘天气模拟系统推广到不同海拔高度地区,引射器入口总压可通过等压比法进行计算。6)西宁地区进行电晕试验时,储气罐内气压应该维持在0.55MPa。在此条件下,单引射器耗气量约为4m~3/min;中心导线距引射器出口约7.3m。若采用细颗粒进行实验,试验段需要平行布置8台设备,间隔3m;若采用粗颗粒进行实验,试验段需布置10台设备,间隔2.4m。同时,引射器的空间位置应比“中心导线”高约0.5m。7)沙尘天气模拟系统能够模拟的最大沙尘浓度约为700mg/m~3,满足电晕试验所需的浓度需求及调节需求。
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