迎風表面三維積冰的數(shù)學模型與計算方法研究.pdf

1、當飛機進入含有過冷水滴的云層時，機翼和發(fā)動機進口等迎風表面會產(chǎn)生結(jié)冰現(xiàn)象，導(dǎo)致機翼升力減小阻力增大、發(fā)動機推力降低甚至損壞等，給飛行安全帶來很大的危害，因此關(guān)于飛機/發(fā)動機迎風表面的積冰研究受到了很大的關(guān)注。目前，國外對二維積冰的研究已經(jīng)比較成熟，但對三維積冰(如機翼兩端以及發(fā)動機進口等)的研究還在進行之中；國內(nèi)關(guān)于二維積冰的數(shù)值研究已有較多的文獻報道，但對三維積冰的數(shù)值模擬研究尚處于探索階段。本文將研究三維積冰的數(shù)學模型，發(fā)展相應(yīng)的計

2、算方法，開發(fā)三維積冰的數(shù)值模擬程序。
　　 本文首先發(fā)展了一個三維積冰模型，并據(jù)此開發(fā)了相應(yīng)的積冰模擬程序。該積冰模型考慮了霜冰積冰、明冰積冰和不結(jié)冰三種情況；對明冰表面的未凝結(jié)薄水膜建立了控制方程，通過數(shù)值求解模擬其流動，克服了傳統(tǒng)Messinger模型對水膜流動處理過于粗糙的缺點；模型中還考慮了兩個相交表面角區(qū)的耦合積冰。據(jù)此所開發(fā)的積冰模擬程序可以自動判斷不同來流條件下的積冰形態(tài)，并給出不同時刻的冰層厚度和水膜流動信息。<

3、br>　　 其次，本文發(fā)展了一套將自主開發(fā)程序與商業(yè)軟件相結(jié)合的三維積冰計算方法，提高了三維積冰數(shù)值模擬的效率。即：利用自主開發(fā)程序進行局部水收集系數(shù)的計算以及冰層生長和冰層表面水膜流動的數(shù)值模擬，借助于ICEM、CFX和UG等軟件進行網(wǎng)格劃分、稀疏兩相流場計算和三維冰形構(gòu)建等工作，實現(xiàn)了整個積冰數(shù)值模擬過程—“網(wǎng)格自動劃分-兩相流場自動更新-冰層生長和水膜流動模擬-冰層表面坐標確定和冰形構(gòu)建”—的循環(huán)。
　　 再次，本文對冰

4、層-空氣對流換熱、冰層-基底導(dǎo)熱、水膜回流區(qū)以及水膜前鋒區(qū)的處理等具體問題進行了細致的研究，并據(jù)此進一步完善了所開發(fā)的積冰模擬程序。
　　 在上述工作的基礎(chǔ)上，本文通過對文獻提供的一些典型對比算例的計算，初步驗證了本文所建立的三維積冰模型是合理的，所發(fā)展的計算方法是可行的，據(jù)此所開發(fā)的積冰模擬程序是基本可靠的。
　　 最后，本文數(shù)值模擬了機翼-機身、機翼自由端、發(fā)動機進口支板和整流罩等部件的簡化模型上的積冰過程，初步揭示