张志劲 黄海舟 蒋兴良 胡建林 孙才新

（重庆大学输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室 重庆 400044）

1 引言

输电线路覆冰被看作是电力系统严重自然灾害之一。导线和绝缘子覆冰后自重会增大，使横担断裂和金具损坏，严重时甚至会出现断线和倒杆（塔）；覆冰后的绝缘子电气性能会大幅下降，有可能在运行电压下发生冰闪引起线路跳闸，甚至引发大面积停电，给国民经济造成巨大损失，国内外对电力系统冰灾事故多有报道[1-4]。

覆冰过程主要分为两部分[5]，一是大气中的过冷却水滴随气流碰撞导线、绝缘子等结构物的流体力学过程，二是被结构物捕获的水滴在其表面冻结成冰的热力学过程。针对覆冰的热力学过程，国内外开展了大量研究。Messinger[6]在1953年推导出了一维的覆冰过程热平衡方程，指出了覆冰过程中主要的热量传导。1984年Lasse Makkonen[7]进一步完善了Messinger的热力学模型，并提出冻结系数这一概念来简化对覆冰热平衡的计算。文献[8]又进一步细化了Lasse Makkonen的热力学模型，并完整推导出导线覆冰过程的热平衡方程。以Messinger模型为基础，国内外学者对覆冰的热力学过程的研究已较为成熟[9,10]。研究表明，覆冰的热力学过程与覆冰结构物的形状基本无关[5]，所以对于不同的覆冰结构物，覆冰的差异主要体现在其流体力学过程上。

国内外对覆冰的流体力学过程也做了大量研究，文献[11,12]对飞机机翼和风机螺旋桨表面覆冰时的流体力学过程进行了数值仿真，分析了其表面的流场特性和局部水滴碰撞系数。导线表面覆冰时的流场较为简单，可以用经验公式求出其表面液滴的平均碰撞系数[8,13]。诸多研究几乎都是针对飞机机翼和导线等结构较简单的覆冰结构物，而对结构较为复杂的绝缘子表面覆冰时的流体力学过程研究很少，目前只见有对复合绝缘子表面水滴碰撞特性的研究[14]。而对有冰棱存在后的绝缘子串周围流体力学特性的研究则未见报道。

本文借助Fluent软件，求解覆冰过程中复合绝缘子和空气动力型绝缘子外部三维两相粘性不可压缩湍流流场的基本控制方程组，得到绝缘子覆冰过程中的流体力学特性，分析气液两相流场对覆冰增长过程和覆冰形态的影响，并通过人工覆冰加以验证，同时分析冰棱对绝缘子外部流场的影响，为进一步研究绝缘子覆冰机理提供参考。

2 绝缘子外部流场的数学模型

覆冰环境中，绝缘子外的流场为连续的气流和离散的过冷却水滴组成的气-液两相流。水滴离散地分布在气流中，随气流一起运动。

2.1 连续空气相控制方程

绝缘子外部的空气流流速较低且雷诺数较大，通常被看作是不可压缩流体的湍流流动；且气流温度变化很小，所以其密度几乎不变，符合Boussinesq假设。

本文采用三维雷诺时均N-S方程作为绝缘子外部不可压缩粘性湍流流场的控制方程[15]，且利用标准k-ε湍流模型[16]实现对RANS方程的封闭。

连续性控制方程为

动量方程为

式中，k为单位质量流体湍流脉动动能；μt为湍动粘度；δij为克罗内克尔符号；标准k-ε湍流模型包括k方程和ε方程：

k方程

ε方程

式中，ε为单位质量流体湍流脉动动能的耗散率；C1、C2为系数；σk、σε分别为k和ε的湍流Prandtl数；Gk为由平均速度梯度引起的湍动能k的产生项；取σk=1.0，σε=1.3，Cμ=0.09，C1=1.44，C2=1.92[17]。

2.2 离散水滴控制方程

覆冰过程中的过冷却水滴直径一般在微米数量级，所以在计算水滴轨迹时做如下假设[18]：

（1）水滴以球形存在，分布均匀，在运动过程中不分解、不凝聚、不变形。

（2）水滴运动过程中温度、粘性、密度等介质参数不变。

（3）水滴初始速度与自由流速度相等，且水滴绕流对空气流场无影响，水滴具有湍流扩散。

（4）水滴上的作用力只考虑粘性阻力和重力，忽略Saffman升力，附加质量力、压差力等。

水滴颗粒离散相拉格朗日方程为

求得水滴速度后，积分即可得水滴运动轨迹。

3 绝缘子外部气液两相流场的数值模拟与分析

本文以三片串FC-100D/146空气动力型绝缘子和FXBW3-110/100复合绝缘子为研究对象，其基本技术参数见表1。利用Fluent软件对绝缘子外部绕流场进行数值模拟。

表1 试品绝缘子的基本技术参数Tab.1 Parameters of test specimens

3.1 求解域离散

由于绝缘子结构比较复杂，需要对求解区域进行离散，然后对控制方程进行近似求解。本文首先采用AutoCAD建立绝缘子的三维参数化实体模型，然后将其导入GAMBIT进行网格划分。对整个求解域采用分区混合网格划分，在绝缘子表面附近采用较密的四面体网格，而在距绝缘子较远的区域则采用较稀疏的六面体网格。空气动力型绝缘子求解域网格数约为：1.2×106个，复合绝缘子求解域网格数约为1.9×106个。

3.2 计算方案及边界条件

首先采用分离-隐式解法求解控制方程，得到空气流场后再利用拉格朗日法求解水滴运动轨迹。湍流模型采用标准k-ε模型，利用有限体积法建立控制方程的离散方程，并采用Quick离散格式。采用Standard格式进行压力插补，速度场采用Simple算法迭代求解。

边界条件：入口边界设为速度入口，来流速度v为3m/s，方向与入口截面垂直；出口为出流边界，按完全发展边界条件处理，出口处变量扩散通量为0；湍流参数选取湍流强度I和湍流特征尺度L，由经验公式确定l为风洞管道的水力学直径；绝缘子及冰棱表面均为无滑移壁面边界，采用标准壁面函数法处理。

大量试验结果表明，绝缘子被雨凇冰棱桥接时电气性能大幅降低[21-23]，因此本文着重从分析绝缘子有无冰棱以及冰棱长短对不同型式绝缘子的流场影响角度出发进行仿真研究，不对绝缘子覆冰增长动态过程进行数值模拟。故作如下简化处理：将离散相和连续相的入口边界速度设为同一值；不考虑水滴与绝缘子及冰棱碰撞时发生的反弹现象以及绝缘子表面覆冰后对流场和水滴运动轨迹的影响；水滴到达壁面即被捕获，之后停止对水滴的追踪，且水滴从出口逃逸后也停止追踪。

根据作者对重庆渝东地区20余年的现场覆冰现象统计表明，现场典型雨凇覆冰气象条件是：风速1～6m/s；温度0～-5℃；为使仿真结果与试验验证具有可比性，绝缘子流场仿真分析时选择典型性雨凇覆冰气象条件下的风速，即取3m/s。

3.3 数值模拟结果与分析

利用Fluent软件对覆冰过程中的复合绝缘子和空气动力型绝缘子在有、无冰棱情况下的流场特性和水滴运动轨迹进行了数值计算，其流场特性和水滴轨迹计算结果分别如图1～图4所示。

图1 不同型式绝缘子外部流场速度矢量图（无冰棱）Fig.1 Velocity vector of flow field （no icicle）

图2 不同型式绝缘子外部流场速度矢量图（有冰棱）Fig.2 Velocity vector of flow field （with icicles）

图3 不同型式绝缘子外部水滴运动轨迹（无冰棱）Fig.3 Droplet trajectories of insulator（no icicle）

图4 不同型式绝缘子外部水滴运动轨迹（有冰棱）Fig.4 Droplet trajectories of insulator（with icicles）

由图1～图4可知：

（1）当绝缘子无冰棱时，来流直接撞击绝缘子迎风面，迎风面连续相的流速较大，在气体拽力的作用下，较多的离散相水滴随气流与绝缘子迎风面发生碰撞。对于空气动力型绝缘子串和复合绝缘子，其迎风面的连续相速度场无明显区别。

（2）当绝缘子无冰棱时，不同型式绝缘子背风面流场差别很大。对于复合绝缘子，气流在绕过绝缘子杆径和伞裙的过程中，绝缘子表面会出现边界层分离现象，使绝缘子背风面的流速很低，且由于逆压强梯度作用和绝缘子表面粘性滞止效应，绝缘子背风面有轻微涡流产生，离散相的水滴随气流存在回流现象，但由于复合绝缘子伞裙间距和伞裙倾角较小，此回流现象不明显，所以碰撞到绝缘子背风面的水滴极少。从图3a中的水滴运动轨迹也可以看出，绕流中的水滴只有极少部分在湍流的作用下碰撞到杆径两侧伞裙边缘，而杆径正后方伞裙表面几乎不存在水滴碰撞现象；对于空气动力型绝缘子串，其背风面的流场速度并无明显减小，且背风面旋涡回流和绕流现象明显，使较多水滴碰撞到绝缘子表面。这主要是由于绝缘子之间的间距和倾角较大，两绝缘子对流场的阻挡作用较小，且钢帽与绝缘子盘径的相对尺寸较小，来流能很好地绕过绝缘子钢脚和钢帽，并伴随较大的旋涡回流。如图4a所示，绝缘子背风面的水滴运动轨迹存在明显的向下脉动趋势，所以背风面仍能捕获较多的过冷却水滴。

（3）当迎风面有冰棱存在后，冰棱会对绝缘子外部气流场产生影响，如图2所示，来流被冰棱阻挡，其后的气流流速有一定程度的降低。冰棱对不同型式绝缘子迎风面流场的影响无明显差异。

（4）当迎风面有冰棱存在后，冰棱对不同型式绝缘子背风面的流场和水滴运动轨迹的影响不同。从图4a可以看出，复合绝缘子背风面的水滴轨迹线明显变疏，且比无冰棱情况下脉动更大，冰棱阻挡了来流中的水滴，使到达复合绝缘子背风面的水滴大大减少。空气动力型绝缘子背风面的速度场受冰棱的影响相对较小，如图4b所示，冰棱的存在对来流中的过冷却水滴有所阻挡，使到达背风侧绝缘子表面的水滴量有所减小，但仍有大量水滴能撞击空气动力型绝缘子背风面。因此可以预见复合绝缘子背风面覆冰少，而空气动力型绝缘子背风面仍然有较多的覆冰。

覆冰过程中冰棱在不断增长，本文利用Fluent软件对冰棱增长过程中绝缘子外部流场和水滴运动轨迹的变化进行了大量数值计算，结果表明：

（1）冰棱较短时（l≤15mm），冰棱对两种绝缘子外部流场和水滴运动轨迹均无明显影响。覆冰初期，冰棱短而细，分布也很稀疏，此时两种绝缘子外部流场和水滴运动轨迹都与无冰棱时极为接近，都由各自的结构决定而与冰棱几乎无关。复合绝缘子背风面依然只能捕获极少水滴，而空气动力型绝缘子在强绕流和大旋涡回流的作用下，其背风面能捕获较多过冷却水滴。

（2）冰棱较长较粗后（15mm＜l≤80mm），冰棱对复合绝缘子外部流场和水滴运动轨迹的影响逐渐明显，但对空气动力型绝缘子的影响依然不大。由于两种绝缘子结构的不同，复合绝缘子伞裙间距和直径都较小，此阶段冰棱已几乎将伞裙桥接，且冰棱的分布也较为密集，迎风面冰棱对连续气流和离散水滴的阻挡作用较强，使得到达背风面的水滴进一步减少。而空气动力型绝缘子盘径和结构高度都较大，此时冰棱仍未桥接，且分布也较为稀疏，冰棱对来流有一定的阻挡作用，但不大，到达绝缘子背风面的水滴仍较多。

（3）冰棱进一步增长后（＞80mm），冰棱对两种绝缘子外部流场和水滴运动轨迹的影响都较大。此时，冰棱已将复合绝缘子完全桥接，且迎风面伞裙间隙已几乎被密集的冰棱所封闭，所以此时冰棱已将来流完全阻挡，绝缘子背风面无法捕获到过冷却水滴。此阶段空气动力型绝缘子逐渐被冰棱桥接，密集的冰棱对来流的阻挡逐渐增强，到达绝缘子背风面的水滴逐渐较少，可以预见，此阶段空气动力型绝缘子串背风面覆冰将明显较少。

4 不同型式绝缘子覆冰增长试验验证与分析

本文主要在流体力学的基础上，根据不同型式绝缘子的外部流场特性，以及覆冰过程中流场特性的变化，对绝缘子覆冰增长过程进行分析，对覆冰过程中的热平衡过程不予分析。根据前面数值模拟的结果，气-液两相流对覆冰过程的影响主要体现在绝缘子迎风面和背风面覆冰增长的差异上。所以在试验中，也仅对绝缘子迎风面和背风面覆冰形态、覆冰厚度、冰棱长度和直径进行测量分析。

4.1 试验装置

试验是在重庆大学多功能人工气候室内（直径7.8m，高度11.6m）进行的，气候室温度可控且最低可达-45℃，风速可控制在1～12m/s之间，人工喷雾由IEC推荐的标准喷头喷出，过冷却水滴颗粒直径可控制在20～500μm之间。

4.2 试验方法

覆冰过程：将试品悬挂在预定位置，降低人工气候室的温度至预定覆冰温度，启动风速调节系统使风速达到预定值，开启喷雾对绝缘子开始覆冰。

测量过程：观测绝缘子的覆冰增长过程，记录冰棱桥接情况，并且每半个小时对绝缘子覆冰增长情况进行一次测量。测量包括绝缘子迎风面、背风面的覆冰厚度h、冰棱的平均长度l、冰棱的平均直径d。

h的测量方法：首先测出未覆冰前绝缘子边缘的厚度，覆冰过程中测出绝缘子边缘与冰的总厚度，然后减去之前测得的未覆冰时绝缘子边缘的厚度，即得各时刻绝缘子表面覆冰厚度h。测量不同绝缘子和伞裙的覆冰厚度，然后取平均值即得两种绝缘子表面覆冰厚度。

l的测量方法：用游标卡尺测量多根冰棱的长度，取其平均值得到冰棱的长度l。

d的测定方法：用游标卡尺测量多根冰棱的直径，取其平均值得到冰棱的直径d。

4.3 试验结果与分析

对三片串FC-100D/146空气动力型绝缘子和FXBW3-110/100复合绝缘子在人工气候室进行了覆冰增长试验，试验条件为：风速v=3m/s，温度T=-5℃，水滴中值体积直径（MVD）为120μm，液态水含量（LWC）为110g/m3。此覆冰条件下覆冰增长类型为湿增长，冰表面有水膜存在，形成雨淞覆冰。

4.3.1 流场对覆冰形态的影响

在人工气候室进行3h的人工覆冰，并将整个覆冰期均分为覆冰初期、中期、后期三个阶段，各阶段复合绝缘子和空气动力型绝缘子的覆冰形态分别如图5～图10所示。由图5～图10可知：

图5 覆冰初期绝缘子迎风面覆冰形态Fig.5 Ice shape of windward in early icing stage

图6 覆冰初期绝缘子背风面覆冰形态Fig.6 Ice shape of leeward in early icing stage

图7 覆冰中期绝缘子迎风面覆冰形态Fig.7 Ice shape of windward in mid icing stage

图8 覆冰中期绝缘子背风面覆冰形态Fig.8 Ice shape of leeward in mid icing stage

图9 覆冰后期绝缘子迎风面覆冰形态Fig.9 Ice shape of windward in late icing stage

图10 覆冰后期绝缘子背风面覆冰形态Fig.10 Ice shape of leeward in late icing stage

（1）覆冰初期，绝缘子冰棱细而短，稀疏地分布在空气动力型绝缘子和复合绝缘子迎风面伞裙边缘，复合绝缘子背风面无冰棱存在，只在伞裙上下表面有少许冰珠，空气动力型绝缘子背风面和迎风面覆冰形态无明显差别，如图5和图6所示。由绝缘子外部流场数值模拟结果可知，这主要是由于来流中的过冷却水滴直接撞击绝缘子迎风面，使绝缘子迎风面捕获的过冷却水滴较多，过多的过冷却水在绝缘子边缘不断冻结形成冰棱。而背风面几乎无过冷却水滴的直接碰撞，对于复合绝缘子，虽然背风面伞裙间的流体存在回流现象，但该类型复合绝缘子伞裙和倾角较小，回流现象不明显，且回流的过冷却水滴也只有极少部分到达绝缘子表面。这些都导致背风侧捕获的过冷却水滴太少，无法形成冰棱。而对于空气动力型绝缘子，虽然迎风面和钢帽阻挡了来流，使水滴不能直接碰撞背风侧绝缘子表面，但绕流和旋涡回流现象明显，且覆冰初期冰棱对流场几乎无影响，使得绝缘子背风侧表面捕获的水滴量与迎风侧无太大区别，所以绝缘子迎风面和背风面的覆冰形态区别不大。

（2）覆冰中期，冰棱变得长而密，复合绝缘子迎风面伞裙已被部分冰棱桥接，而背风面仍无冰棱存在；空气动力型绝缘子边缘的冰棱也粗而长，但分布仍较稀疏，迎风面和背风面冰棱形态仍无明显区别，如图7和图8所示。由流场和水滴轨迹计算可知，冰棱对来流具有阻挡作用，使到达复合绝缘子背风侧伞裙表面的过冷却水滴更少，更不会有冰棱形成。而此阶段空气动力型绝缘子迎风面稀疏的冰棱对流场和水滴运动轨迹的影响并不大，其背风侧绝缘子表面依然能捕获较多的水滴，所以迎风面和背风面的覆冰增长区别不大。

（3）覆冰后期，复合绝缘子迎风面的冰棱几乎已将伞间隙完全封闭，使绝缘子迎风侧形成一个冰棱组成的圆柱面，背风面仍无冰棱存在；空气动力型绝缘子迎风面也被冰棱桥接，且冰棱较粗，分布也较密集，空气动力型绝缘子背风面虽然也被部分冰棱桥接，但背风侧的冰棱较迎风侧细，分布也较稀疏，如图9和图10所示。对于复合绝缘子，此时冰棱已经完全阻挡了来流，过冷却水滴直接碰撞到冰棱表面，已不能到达绝缘子伞裙表面，更不可能到达背风侧伞裙表面，所以绝缘子背风侧仍无冰棱。而对于空气动力型绝缘子，此时迎风侧的冰棱变得粗而密，对流场影响逐渐变大，对水滴的阻挡逐渐明显，使背风侧捕获的过冷却水滴逐渐减少，所以此阶段绝缘子迎风侧和背风侧的覆冰差异逐渐加大。

4.3.2 流场对覆冰增长的影响

覆冰过程中对各时段两种绝缘子迎风面和背风面的冰棱长度和直径、覆冰厚度进行了测量。复合绝缘子的试验结果见表2。

表2 不同型式绝缘子覆冰增长参数Tab.2 Parameters of ice growth on insulators（单位：mm）

根据表2画出两种绝缘子迎风面和背风面的冰棱长度、冰棱直径、覆冰厚度增长曲线图分别如图11～图13所示。

图11 绝缘子冰棱长度l增长曲线Fig.11 The growth curve of icicle length

图12 绝缘子冰棱直径d增长曲线Fig.12 The growth curve of icicle diameter

图13 绝缘子覆冰厚度h增长曲线Fig.13 The growth curve of ice thickness

由表2和图11～图13可知：

（1）覆冰过程中，复合绝缘子迎风面和背风面的覆冰增长过程存在明显差异，而空气动力型绝缘子迎风面和背风面的覆冰增长无明显差别。这主要是由于复合绝缘子迎风面和背风面的流场特性存在巨大差异，微弱的绕流和旋涡回流使绝缘子背风面获得的水滴太少，而空气动力型绝缘子背风侧绕流中的水滴在较强旋涡回流的作用下，大量地碰撞到背风侧绝缘子表面，不断冻结成冰。

（2）随着覆冰时间的增加，不同型式绝缘子迎风面的冰棱长度和直径都不断增加，且与时间的关系为非线性的。覆冰初期，复合绝缘子冰棱长度和直径分别增长了24.35mm、12.21mm，空气动力型绝缘子冰棱长度和直径分别增长了34.52mm、12.31mm，冰棱长度增长较缓，而直径增长较快；而在冰棱具有一定长度后的中期，复合绝缘子冰棱长度和直径分别增长了49.89mm、7.57mm，空气动力型绝缘子冰棱长度和直径分别增长了63.94mm、5.01mm，冰棱长度增长速度逐渐加快，而直径的增长变缓，这主要是由于冰棱阻挡了来流，来流中水滴直接碰撞到冰棱上，过多的水加速向冰棱尖部流动，加快了长度的增长值但减缓了直径的增长；覆冰后期，冰棱已桥接复合绝缘子伞裙，冰棱长度与两大伞伞裙间距一致，几乎不再增长，空气动力型绝缘子冰棱长度继续增长，直至将两绝缘子桥接，此阶段增长了48.07mm，而直径的增长进一步放缓，此阶段复合绝缘子和空气动力型绝缘子冰棱直径分别增长了2.84mm、2.80mm。

（3）复合绝缘子背风面在整个覆冰期内几乎都无冰棱存在，由流场分析可知，这主要是背风面捕获的过冷却水滴过少造成的。空气动力型绝缘子背风面的覆冰增长几乎与迎风面一致，只在覆冰后期出现稍大差异。三个阶段中背风面冰棱长度分别增长了32.87mm、60.30mm和47.17mm，冰棱直径分别增长了11.48mm、3.59mm和0.44mm。可以看出，覆冰后期背风面的冰棱直径几乎停止增长，这主要是由于迎风面密集的冰棱对来流的阻挡作用已较明显，使背风面冰棱捕获的过冷却水滴较少造成的。

（4）不同型式绝缘子迎风面覆冰厚度的增长也是非线性的，对于复合绝缘子，三个阶段分别增长了5.95mm、2.32mm、0.5mm，呈现逐渐变缓的趋势。这主要是由于覆冰中后期，冰棱阻挡了来流，使碰撞到伞裙表面的水滴减少，特别是后期，冰棱几乎封闭了伞裙间隙，伞裙表面冰层无法捕获水滴而停止增长。空气动力型绝缘子迎风面覆冰厚度增长趋势也逐渐变缓，原因与复合绝缘子类似，但冰棱对来流的阻挡作用没有复合绝缘子显著，覆冰后期覆冰厚度仍有增长，三个阶段覆冰厚度分别增长了4.75mm、4.23mm和1.39mm。

（5）复合绝缘子背风面伞裙表面覆冰厚度只在冰棱较少的覆冰初期有较少增长，增长了2.86mm，中后期即停止增长。这主要是由来流中只有极少水滴碰撞到绝缘子背风面，而当迎风面冰棱增多后，背风面能捕获的水滴进一步减少造成的。空气动力型绝缘子背风面覆冰厚度增长与迎风面区别不大，只在覆冰中后期，由于迎风面冰棱对来流的阻挡作用渐强，绝缘子背风面捕获的水滴减少，覆冰厚度增长才明显减缓，三个阶段分别增长了4.34mm、3.41mm和1.43mm。

4.4 现场试验与分析

上述试验结果是在风速较低的情况下得到的。利用输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室（重庆大学）雪峰山自然覆冰试验站[24]，对大风速下（＞15m/s）绝缘子的覆冰情况开展的现场观测研究，绝缘子覆冰情况如图14所示。

图14 大风速下绝缘子覆冰情况Fig.14 Ice shape of insulators under large wind speed

由图14可知：大风速（＞15m/s）情况下，绝缘子将不再形成冰棱，而是在迎风侧形成粗密的冰柱面，背风侧有少量覆冰，并且绝缘子下表面的凹槽完全被冰填充。试验研究表明，绝缘子被冰棱完全桥接时，局部电弧将沿着冰棱路径发展至闪络[25]，即在此覆冰情况下，绝缘子电气性能主要取决于绝缘子串的结构高度，与绝缘子结构型式无关。

5 结论

（1）典型雨凇覆冰气象条件下，复合绝缘子迎风面和背风面的流场区别很大，导致覆冰过程中迎风侧和背风侧捕获过冷却水滴的途径和量都存在显著差异。来流直接碰撞绝缘子迎风面，使其捕获大量的水滴，而背风侧捕获的水滴主要来自绕流和旋涡回流，但由于复合绝缘子伞裙间距和伞裙下倾角都较小，旋涡回流现象不明显，绕流中的水滴也只有极少部分碰撞到伞裙表面。所以绝缘子背风侧捕获的过冷却水滴很少。

（2）典型雨凇覆冰气象条件下，空气动力型绝缘子迎风侧和背风侧的流场区别不是很大，背风侧流场依然有较高流速，且旋涡回流现象明显，流体能很好地绕过钢脚和钢帽，绕流中较多的水滴在强旋涡回流的作用下与背风侧绝缘子表面发生碰撞，使绝缘子背风侧也能捕获较多的过冷却水滴。

（3）典型雨凇覆冰气象条件下，迎风侧的冰棱会对连续气流场和离散水滴运动轨迹产生影响。冰棱的出现使绕流变得困难，且加强了流体的湍动，冰棱对离散相水滴的阻挡作用，使碰撞到绝缘子背风侧的水滴进一步减少。

（4）典型雨凇覆冰气象条件下，复合绝缘子在人工覆冰环境下，迎风面与背风面的覆冰形态和覆冰增长过程都存在很大差异。覆冰主要存在于迎风面，冰棱长度和直径、覆冰厚度都呈非线性增长；背风面几乎无冰棱存在，背风侧伞裙表面的覆冰极不均匀，杆径正后方出现明显的无冰区。

（5）典型雨凇覆冰气象条件下，空气动力型绝缘子在人工覆冰环境下，迎风面和背风面的覆冰形态和覆冰增长过程区别不大。迎风侧和背风侧覆冰都呈非线性增长，且增长趋势也相差不大，只在覆冰后期背风侧覆冰增长减缓幅度更大。背风侧绝缘子表面的覆冰也与迎风侧一样，比较均匀。

（6）典型雨凇覆冰气象条件下，两种绝缘子的人工覆冰增长试验很好地验证了对其外部流场的数值模拟。两种绝缘子的覆冰形态和覆冰增长过程都与数值模拟中对流场和水滴轨迹的分析基本吻合。

（7）大风速下（＞15m/s），绝缘子迎风面将形成冰柱面，绝缘子覆冰形态与其结构型式关系不大。

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