Constellation, le dépôt institutionnel de l'Université du Québec à Chicoutimi

Résumé

L'objectif général de cette recherche était de développer des modèles capables de simuler les processus de fonte de la neige accumulée sur des conducteurs aériens et de prévoir leur délestage, dans diverses conditions météorologiques et types de transmission de courant.

Dans le but de valider ce nouveau modèle, un certain nombre de tests expérimentaux ont été réalisés aux laboratoires de la CIGELE, à l'aide d'une chambre climatique et de la soufflerie réfrigérée, qui ont ensuite été comparés avec ceux simulés numériquement.

Premièrement, des simulations en deux dimensions Reynolds Average Navier-Stokes (RANS) ont été effectuées avec FLUENT pour prédire le coefficient de distribution du transfert de chaleur local, le long de la surface du manchon avec flux transversal d'air, ainsi que le taux global de transfert de chaleur. Ces investigations permettent de connaître les caractéristiques de la convection forcée autour d'un manchon de neige, et également les effets dus à la rugosité de la surface de la neige et à la forme non-circulaire du manchon. Elles montrent aussi l'effet significatif de la rugosité de surface sur le taux de transfert de la chaleur.

Deuxièmement, un modèle microstructural a été développé pour estimer la conductivité thermique équivalente de la neige sèche, qui établit la relation entre la conductivité thermique équivalente et la microstructure de la neige sèche dans divers régimes de température. Ces résultats ont été comparés avec ceux de recherches antérieures, montrant un bon accord. De plus, une série d'expériences a été réalisée dans les laboratoires de la CIGELE et leurs résultats ont été comparés avec ceux du modèle. Finalement, une relation entre le modèle de conductivité de la neige et la température a été proposée.

Troisièmement, un modèle numérique 2-D en fonction du temps, de la percolation de l'eau dans un manchon de neige fondante a été établi sur la base de la méthode de Galerkin. L'influence de la vitesse du vent, de la température de l'air, de l'effet Joule, de la rugosité de la surface de la neige et de la dimension des grains de neige a été étudiée. Les résultats du modèle montrent que l'effet Joule et la rugosité de la surface de neige ont des effets notables sur la percolation de l'eau. Le temps requis pour parvenir à un état de quasiéquilibre est réduit de 50% ou plus, si le courant électrique ou la rugosité de surface excèdent certaines valeurs critiques. On a trouvé que les résultats du modèle concordaient bien avec ceux obtenus expérimentalement aux laboratoires de la CIGELE.

Quatrièmement, la question de la détermination du déclenchement du délestage de la neige a été étudiée. Un tel modèle analytique est basé sur un modèle de défaillance de la neige sèche et sur des essais expérimentaux réalisés aux laboratoires de la CIGELE. Ce modèle prend en compte l'effet de l'écoulement de l'eau dans le manchon de neige. Les résultats montrent que le temps requis pour parvenir au délestage de la neige diminue de façon non linéaire alors que la teneur en eau initiale, la vitesse de l'air et l'intensité du courant électrique augmentent. Ce modèle peut fournir une estimation rapide de la chaleur de Joule ou du vent nécessaire pour déclencher le délestage de la neige sur un câble.