利用被动结构设计技术对悬臂塔上大气冰积聚现象及其缓解措施的数值研究 Hamza Asif Muhammad Shakeel Virk Jan-Arne Pettersen Pavlo Sokolov

《Applied Sciences》：Numerical Study of Atmospheric Ice Accretion & Mitigation on Gondola Tower Using Passive Structural Design Technique Hamza Asif, Muhammad Shakeel Virk, Jan-Arne Pettersen and Pavlo Sokolov

　　

摘要

钢缆车是山区常用的交通工具。在高海拔地区，大气结冰对钢缆车基础设施构成了严重的安全隐患。本研究通过多相数值模拟方法分析了单极钢缆车塔上的冰层堆积情况，并将模拟结果与实验数据及分析模型进行了验证。分析模型在计算大直径圆柱体上的冰载荷时存在局限性，而由于实际条件的限制，对大直径圆柱体进行实验也颇具挑战性。作为主要的数值模拟工具，Ansys FENSAP-ICE 2025 R2为更准确地估算大直径结构上的冰载荷提供了有效的解决方案。数值分析表明，钢缆车塔通道梯子上的冰层堆积比其主要结构更为严重，这是因为较小部件上的冰生长速度更快。研究建议采用被动结构设计方法，在塔体迎风面设置一个半圆形防风罩，通过在该部件上形成保护性液滴阴影来改变气流方向，从而显著减少冰载荷。这种防风罩还可为维护人员提供安全防护。研究还发现，增大防风罩直径可以有效减少整体冰层堆积量，因为液滴阻力相较于惯性力具有更大的影响力。