1雨凇的形成

　　雨鏟形成于低洼的低溫降雨或低于冰點溫度的物體上。雨水形成時的典型天氣略有寒冷和多雨。風很強，霧很大。當冷空氣與暖空氣接觸并且暖空氣強烈時會發(fā)生這種情況。在結冰的情況下，在粘合到絕緣體或其他物體上的水滴完全凍結之前，過冷水滴的碰撞繼續(xù)發(fā)生，并且冰涂層不斷增加。在結冰過程中，冰面溫度為零，因此冰覆蓋的表面完全被薄薄的水膜覆蓋。雨滴在理論上是透明和清澈的冰，理論上密度接近純冰的密度，為0.913克/立方厘米。在工程實踐中，密度大于0.9g/cm3的冰通常被稱為降雨。

　　1.2過冷水滴的碰撞時間

　　估計撞擊同一區(qū)域的兩個過冷水滴之間的時間間隔，即水滴到達冰面上的時間間隔和后二個水滴到達同一位置之間的時間間隔。設n是單位體積氣流中的水滴數(shù)，v是風速?？梢垣@得分析。每單位時間在冰覆蓋物體表面上的微小區(qū)域中具有半徑a的水滴的數(shù)量是2 a2nv。根據(jù)氣象原理，可見度表明一定大小的黑板被放置在霧中不可見的臨界距離S中。距離S與霧粒a2和n的橫截面積的乘積成反比。實驗表明：S=1.46 /(na2)(9)Best [11]提出了液態(tài)水含量w(g/m3)與降水量P(mm)之間的關系：w=0.067P0.846 g/m3(10)能見度與液態(tài)水含量之間的關系[12]是：能見度與含水量之間的直接相關性是Trabert半經驗公式S=2.6 wa在相同風速下，降雨量越大，兩個雨滴撞擊相同區(qū)域在同一時間。所需時間越短; 2)雨滴的直徑與某些降雨條件下的碰撞時間成正比; 3)風速越大，連續(xù)雨滴與同一區(qū)域相撞的時間間隔越短。如果水滴凍結所需的時間大于兩個連續(xù)水滴與相同微區(qū)域碰撞的時間，則該冰覆蓋稱為“濕生長過程”;如果水滴凍結所需的時間小于兩個連續(xù)水滴與相同微區(qū)域碰撞的時間，則這種時間冰涂層稱為“干燥生長過程”。也就是說，如果孩子<居民，然后冰是“干燥的增長”;如果孩子>站，然后冰是“濕生長”時，過冷水滴半徑大 風速是 氣溫高 同時，冰涂層的類型往往形成雨滴;過冷水滴的半徑小于 風速小，為 環(huán)境溫度較低，為 降雨量小，容易形成霧霾和冰。當過冷水滴的凍結時間等于或不同于同一微區(qū)域中兩個連續(xù)水滴碰撞的時間間隔時，或者當風速為 時，溫度變化很大，并且很容易形成結冰，冰和冰混合物覆蓋著冰。

　　2實驗裝置和實驗方法

　　2.1實驗裝置和試驗樣品

　　實驗研究在人工氣候室中進行，內徑為2.3 m 高度為4 m。人工氣候室主要由制冷系統(tǒng) 過冷水制備系統(tǒng) 噴水滅火系統(tǒng)組成。人工氣候室*可以達到-35 yiyi的低溫，可以滿足復合絕緣子人工結冰的要求。 *低壓可達300 kPa，可模擬7 000 m以下的氣象環(huán)境。氣候室配有4個噴霧噴嘴，噴霧粒徑為30μm?？梢酝ㄟ^傳感器在室外監(jiān)測氣候室中的所有天氣參數(shù)。在實驗中使用的測試樣品是7件式復合絕緣體。實驗中使用的噴嘴是高壓微霧化防滴噴嘴，噴霧顆粒的平均有效直徑為30μm。在實驗過程中，通過改變噴頭的類型來控制噴頭的噴水流速。 4×4噴頭的溫度為每單位時間 整個實驗的溫度控制在-3個效益和-1.5個利潤之間。用于噴灑的過冷水是冰水和水的混合物。

　　2.2 實驗方法

　　*先，使用空氣壓縮機給噴頭噴氣30 min，排凈噴頭中殘留的過冷卻水，避免在降溫的過程中凍住噴頭而影響噴淋效果。將氣候室內的溫度降到-5 益后關閉噴氣系統(tǒng)，打開噴淋設備，給復合絕緣子噴灑過冷卻水，并控制整個人工氣候室的溫度在-2 益。實驗從開始至結束每隔10 min通過人工氣候室的觀察窗觀察復合絕緣子串的覆冰效果，并記錄覆冰現(xiàn)象。覆冰結束后，對復合緣子串的覆冰現(xiàn)象記錄并拍照，觀察并記錄覆冰厚度、冰凌橋接、測量冰的密度。通過更換噴頭的型號改變噴淋的淋雨量，重復實驗，總結實驗數(shù)據(jù)。

　　3 實驗結果及其分析

　　通過改變噴頭的型號來模擬自然環(huán)境中的噴水量的變化。1、2、3號噴頭的噴水量分別為20 mm/h、40 mm/h、86.4 mm/h，整個覆冰過程控制人工氣候室的溫度為-2℃，實驗時風速為5 m/s。在實驗的條件下，雨滴的凍結時間子為0.581s。由式(12)可知，當降雨量分別為20 mm/h、40 mm/h、86.4 mm/h時，相鄰雨滴撞擊復合絕緣子表面相同位置處的時間間隔Δ子分別為1.006 s、0.559 s、0.292 s。

　　3.1 對雨凇覆冰密度的影響

　　雨凇覆冰時，所有的雨滴并不能夠完全凍結在復合絕緣子的表面，一部分雨滴會沿著絕緣子的表面流動并凍結形成冰蓋。而多余的過冷卻雨滴沿著傘裙邊緣滴落凍結進而形成冰凌。測定冰的密度分別為0.848 3 g/cm3、0.889 0 g/cm3、0.959 1g/cm3，當降雨量不大時，冰的質地堅硬且透明，牢牢的粘附于復合絕緣子表面，對覆冰密度沒有太大影響。當降雨量繼續(xù)增大為86.4 mm/h時，冰密度顯著增大，且在復合絕緣子上凍結的為冰與水的混合物，用手按壓積覆在復合絕緣子表面上的冰時會有過冷卻水外溢，此時復合絕緣子上表面的冰柔軟但并不易脫落。此時冰凌非常短，且易斷裂脫落，并不時有水滴滴落

　　3.2 對雨凇覆冰冰凌的影響

　　當淋雨量為20 mm/h時，由于噴水流量較小，且過冷卻水滴的凍結時間為0.581 s小于相鄰雨滴撞擊復合絕緣子表面相同位置處的時間間隔1.006 s，積覆在復合絕緣子上的過冷卻水釋放的熱量能快速的釋放到周圍環(huán)境中，并不利于絕緣子冰凌的形成。因此，復合絕緣子上表面積覆有均勻的冰蓋，但卻并不利于冰凌的形成。

　　當淋雨量為40 mm/h時，過冷卻水滴的凍結時間為0.581 s略小于相鄰雨滴撞擊復合絕緣子表面相同位置處的時間間隔0.559 s。由于過冷卻水滴的碰撞時間與凍結時間相差不大，更有利于復合絕緣子覆冰及冰凌的形成。單位時間內降落到復合絕緣子上的過冷卻水滴多于完全凍結的過冷卻水滴，因此會有一部分未凍結的過冷卻水沿著復合絕緣子的邊緣流淌滴落凍結成冰凌。過冷卻水滴凍結所釋放潛熱以換熱的形式將熱量傳給周圍空間。此時所有撞擊到復合絕緣子上的過冷卻水滴大都會凍結在絕緣子表面，未凍結的少量過冷卻水滴沿絕緣子邊緣滴落凍結形成冰凌，且所形成的冰凌質地堅硬，粗細均勻。當淋雨量為86.4 mm/h時，相鄰雨滴撞擊復合絕緣子表面相同位置處的時間間隔遠小于雨滴的凍結時間，此時復合絕緣子串上滴落的過冷卻水凍結時的熱量并不能快速的釋放到周圍空間，進而在復合絕緣子表面上形成“水內冰”，越靠近底端絕緣子所形成的冰凌越短且長短粗細等都不均勻，所形成的冰近似于浸透了水的雪，質地不夠堅硬，但卻能夠牢牢的粘附于復合絕緣子的表面上，冰凌的形成較為困難。通過實驗及數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)在不同的降雨量條件下，覆冰密度及單位時間內單片復合絕緣子的覆冰重量與淋雨量存在著密切的聯(lián)系，當淋雨量較小即小于35 mm/h時，冰密和覆冰重量隨淋雨量的增加而增大。在淋雨量較小時，碰撞到復合絕緣子的過冷卻水滴能夠迅速凍結為堅固的結晶冰，所形成的冰中含有一定數(shù)量的細微氣泡，當淋雨量逐漸增大時，過冷卻雨滴凍結時間延長，此時所形成的冰中所含細微氣泡減少，覆冰密度也會相應的增加。由于降落到絕緣子上的過冷卻水幾乎都凍結在了絕緣子上，所以覆冰的重量隨淋雨量的增加而增加;當淋雨量為35耀60 mm/h時，由于過冷雨滴的碰撞時間略小于雨滴的凍結時間，因此會形成純粹、透明的冰。此時冰已經接近理論上的純冰，所以冰的密度變化不大。在淋雨量逐漸增大的過程中，淋雨量相對較小時有利于冰凌的形成，當淋雨量達到某一值(如50 mm/h)時過多的過冷卻雨滴釋放的潛熱未及時釋放到周圍環(huán)境中會阻止冰凌的形成導致覆冰重量的下淋;在淋雨量大于60 mm/h時，此時的過冷卻水滴碰撞復合絕緣子表面所需時間大于其凍結時間。過多的過冷卻水滴已經嚴重影響到復合絕緣子上表面覆冰及冰凌的形成，在復合絕緣子表面會形成‘水內冰’，所形成的冰凌很短或消失，冰密逐漸接近于水的密度，覆冰重量也不斷的下降。

　　4 結論

　　在覆冰水顆粒、覆冰溫度、覆冰時間、覆冰水電導率等相同條件下，絕復合緣子表面的覆冰密度隨著淋雨量的增大而增加; 復合絕緣子的覆冰重量隨淋雨量的增大先增大后減少。
 

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