基于欧拉法模拟旋转帽罩水滴撞击特性

基于欧拉两相流理论,对旋转帽罩水滴撞击特性进行了数值模拟.通过引入耗散函数求解水滴相无黏欧拉方程,实现了欧拉法求解三维旋转帽罩的水滴撞击特性.分析了旋转帽罩转速对水滴撞击特性的影响.发现旋转帽罩转速越大,其表面水滴撞击极限稍有减小.在典型飞行条件与气象条件下,离心力对水滴运动轨迹的影响远小于惯性力对其的影响,旋转帽罩转速对水滴撞击特性影响较小.

不同浸润性冷表面上水滴碰撞结冰的数值模拟

对冷水滴撞击不同表面时的动力学行为和相变过程进行了模拟。通过耦合VOF和Level-set方法追踪气液自由界面,结合焓-孔隙度相变模型,模拟水滴撞击冷表面的动力学行为及相变特征。选取亲水(接触角30°)、疏水(接触角114°)和超疏水(接触角163°)3种典型浸润性的表面,计算了多种壁温条件下的水滴撞击结冰过程。结果表明提高表面疏水性,将减小水滴与冷表面的接触时间和接触面积,降低水滴内的相变速率,延缓水滴结冰的时间。在表面温度高于-15℃时,超疏水表面可以避免冷水滴的冻结黏附,保持表面洁净。将模拟得到的最大铺展直径、回缩速率以及冻结情况,与已有实验结果进行对比验证,表明了模拟方法的有效性和准确性。

旋转帽罩电加热防冰瞬态过程研究

基于欧拉两相流理论,对旋转帽罩水滴撞击特性进行了数值模拟,提出了旋转部件表面对流换热计算方法,并基于改进Messinger结冰模型开发了旋转帽罩电热防冰计算程序,对旋转帽罩瞬态防冰过程进行了数值模拟研究。结果表明:旋转运动对旋转帽罩表面对流换热起到增强作用,且在供给相同加热热流密度时转速越大,防冰表面温度越低;防冰系统启动阶段,旋转帽罩表面会发生结冰和冰脱落现象,考虑结冰过程后系统的响应时间缩短;当电加热功率相同时,周期电加热防冰方式更为节能;当电加热能耗相同时,周期电加热方式系统响应更快。

冰风洞内水滴参数沿程变化的数值模拟

利用拉格朗日法,结合水滴蒸发模型和凝固模型建立了冰风洞内从喷雾系统喷出的水滴与冷气流之间动量、质量和热量交换的数学模型,利用上述模型计算了不同直径水滴随气流运动过程中速度、温度和直径的变化规律,讨论了空气相对湿度和喷嘴出口处水滴温度对水滴参数沿程变化的影响及低温条件下水滴参数的沿程变化。结果表明,小水滴相对于大水滴来说对空气流场具有更好的跟随性;蒸发作用会导致水滴尺寸减小,并且小水滴尺寸减小的程度比大水滴严重;提高空气相对湿度,降低喷嘴出口处水滴温度可以有效抑制水滴的蒸发,有利于保持水滴尺寸与含量的稳定性;当气流温度较低时,水滴会发生结冰现象,结冰的位置和结冰时间随水滴尺寸发生变化。

飞机热气防冰系统研究

介绍了飞机热气防冰系统的应用背景及基本结构,回顾了其发展历程及国内外研究现状.从防冰表面水滴撞击特性计算、蒙皮外部结冰/溢流水模型建立、热气防冰腔内部结构参数研究以及多物理场防冰表面内外耦合仿真这4个关键问题角度,分析了热气防冰系统的主要研究内容.分析表明:准确预测三维溢流冰形成过程、优化热气防冰腔内部结构参数、确定防冰安全边界和防冰裕度以及冰风洞防冰系统实验的参数缩比等关键研究点是热气防冰系统的发展趋势.

水平表面气流剪切作用下的水膜厚度

飞机结冰表面上的液态水受气流吹拂作用会发生向后溢流,从而影响结冰区域范围及防冰系统设计;为了获得水膜流动规律,对水平平板表面上气流剪切驱动的水膜流动进行了实验测量和建模分析。通过水膜流动风洞试验台产生高速气流驱动水膜的流动,使用色散共焦位移计测量同一位置的水膜在不同时刻的厚度变化,结果表明气-液界面由底层薄水膜和多种尺度的波动组成,具有变化速度快随机性强的特点。通过水膜厚度随气流速度及水膜雷诺数的变化规律,发现平均水膜厚度与两者均呈现出单调非线性的依赖关系。基于薄水膜流动理论和平均水膜厚度实验结果,提出了高速气流剪切作用下的气-液波动界面剪切因子计算式,适用于风速17.8~52.2m/s,水膜雷诺数26~128之间的平板水膜流动计算。

内混式空气助力喷嘴喷雾水滴尺寸分布建模

获取喷嘴出口喷雾的水滴尺寸分布(DSD)和水滴平均直径(MVD)对地面结冰实验设施云雾参数计算与调试至关重要。采用相位多普勒干涉仪对内混式空气助力喷嘴开展了喷雾实验研究;采用最小二乘法确定了DSD经验函数参数,建立了喷嘴出口喷雾的DSD模型,探究了喷嘴动力参数(NDPs)对DSD的影响;校验了Wigg MVD估算公式及其修正形式,分析其在具体工程应用中的局限性,提出了基于NDPs的MVD估算公式。研究发现:修正Rosin-Rammler分布函数与实验数据更为吻合,可作为描述喷嘴出口喷雾DSD的模型;NDPs对DSD有明显影响,且气压的影响更为显著;基于NDPs的MVD估算公式能提供精度可接受的MVD预估值,且比Wigg MVD估算公式及其修正形式更易于工程应用。