超疏水材料因具有极低的表面能和特殊的微观结构,水滴极难附着在其表面上,使其在防覆冰领域有较大的应用潜力。已有很多学者和机构在超疏水材料的制备与改进上进行了大量试验和研究,但就其抑制或延缓表面覆冰形成的机理尚缺乏系统性的研究。为了分析超疏水材料在输电线路防覆冰领域的应用特性及应用前景,并为防覆冰用超疏水材料的研发与制造提供理论指导,需要对疏水性涂层抑制或延缓表面覆冰形成的机理及影响因素进行更深入的研究。本文针对疏水性材料在输变电系统防覆冰应用中的潜质需求,根据疏水性材料研发及应用现状,选取了四种具有典型疏水性强度的硅基疏水性涂层,在人工气候室模拟雨凇覆冰条件对涂覆不同疏水性涂层玻片样品和绝缘子串进行覆冰试验,分析研究了疏水性涂层在雨凇环境中对表面水滴运动、冻结、覆冰增长特性以及绝缘子串覆冰增长及冰闪电压的影响及其作用机制。论文取得的主要成果如下:(1)对雨凇条件下疏水性涂层表面水滴的运动过程进行了试验研究,分析了疏水性涂层表面水滴运动特性,研究结果表明:涂层疏水性会降低水滴在“固-液”接触面所受张力,从而改变水滴与表面的碰撞过程,水滴与疏水性越强的表面碰撞后停留在表面的几率越低;无风条件下,停留在疏水性涂层表面的水滴会汇聚增大直至从表面滚落,在疏水性越强的表面水滴滚落所需临界直径越小;有风条件下,相同体积的水滴在疏水性越强的表面受风作用力越大,因此更容易从表面脱离。(2)对雨凇条件下疏水性涂层表面水滴的冻结过程进行了试验和仿真研究,分析了疏水性涂层对表面水滴结晶机制和冷却速率的影响及其作用机制,研究结果表明:疏水性涂层表面接触角越大,表面水滴发生均相成核和非均相成核所需临界能垒越接近,水滴在不同界面之间的温度差决定了水滴冻结时的结晶机制;雨凇覆冰环境中,疏水性涂层表面水滴的结晶过程在无风条件下为起始于“气-液”交界面的均相成核,在风条件下为起始于“固-液”交界面的非均相成核,结合水滴在疏水性涂层表面的运动特性,水滴均完全冻结后才会固定在表面;建立了疏水性涂层表面水滴发生冻结的热力学模型,计算得出水滴在接触角越大的表面热交换效率越低,完全冻结所需时间越长,但是风会极大加速各疏水性表面水滴的冷却速率,风速越大,不同疏水性表面水滴完全冻结所需时间差异越小;揭示了在雨凇覆冰环境下,疏水性涂层通过改变表面水滴冻结时的结晶机制和降低水滴冷却速率,从而延长了相同体积水滴冻结在表面所需时间。(3)试验研究了雨凇覆冰条件下疏水性涂层表面覆冰增长过程,结合疏水性涂层表面水滴运动、冻结特性分析了疏水性涂层对表面覆冰增长特性的影响机制,研究结果表明:疏水性涂层表面形成覆冰的标志是表面出现完全冻结水滴,以此可以将疏水性涂层表面覆冰增长的过程分为三个特征阶段,开始覆冰到表面出现完全冻结水滴前、表面出现完全冻结水滴到表面完全被冰覆盖前,和表面完全被冰层覆盖后,在不同阶段疏水性涂层对表面覆冰增长过程的影响机制不同,其作用效果会受环境是否有风影响;无风条件下疏水性涂层延缓表面覆冰的能力体现在延长了表面出现完全冻结水滴的时间,在有风条件下,疏水性涂层无法延缓表面出现完全冻结水滴,但是能在表面出现完全冻结水滴后降低表面覆冰增长速率。(4)在人工气候室内模拟雨凇覆冰环境对涂覆疏水性涂层的绝缘子串进行了覆冰及交流闪络试验,分析了疏水性涂层对绝缘子串覆冰形貌、冰凌长度、覆冰重量和覆冰后交流闪络电压的影响,研究结果表明:疏水性涂层改变了绝缘子串表面的覆冰增长过程,在覆冰的不同阶段疏水性涂层对绝缘子串覆冰特性的影响机制会发生变化;在覆冰初期疏水性涂层通过影响表面水滴运动特性和冻结特性,延缓了绝缘子表面出现完全冻结水滴和被覆冰所完全覆盖的时间,并改变了表面覆冰增长形式和覆冰形貌;在绝缘子表面完全被冰层覆盖后,疏水性涂层表面特殊覆冰形貌能使涂层疏水性较强的绝缘子串在覆冰增长过程中热交换效率更低,覆冰重量增长速率越慢;当覆冰结束后,疏水性涂层通过影响绝缘子串的覆冰特性,使绝缘子串表面更不易形成连续水膜,并降低了绝缘子污冰参数ISP,从而提升了绝缘子串覆冰后交流闪络电压。