迎風(fēng)表面三維積冰的數(shù)學(xué)模型與計(jì)算方法研究.pdf

1、當(dāng)飛機(jī)進(jìn)入含有過冷水滴的云層時(shí)，機(jī)翼和發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)口等迎風(fēng)表面會(huì)產(chǎn)生結(jié)冰現(xiàn)象，導(dǎo)致機(jī)翼升力減小阻力增大、發(fā)動(dòng)機(jī)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(jī)/發(fā)動(dòng)機(jī)迎風(fēng)表面的積冰研究受到了很大的關(guān)注。目前，國(guó)外對(duì)二維積冰的研究已經(jīng)比較成熟，但對(duì)三維積冰(如機(jī)翼兩端以及發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)口等)的研究還在進(jìn)行之中；國(guó)內(nèi)關(guān)于二維積冰的數(shù)值研究已有較多的文獻(xiàn)報(bào)道，但對(duì)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(xué)模型，發(fā)展相應(yīng)的計(jì)

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(gè)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(duì)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(dòng)，克服了傳統(tǒng)Messinger模型對(duì)水膜流動(dòng)處理過于粗糙的缺點(diǎn)；模型中還考慮了兩個(gè)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(dòng)判斷不同來流條件下的積冰形態(tài)，并給出不同時(shí)刻的冰層厚度和水膜流動(dòng)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(jì)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(jìn)行局部水收集系數(shù)的計(jì)算以及冰層生長(zhǎng)和冰層表面水膜流動(dòng)的數(shù)值模擬，借助于ICEM、CFX和UG等軟件進(jìn)行網(wǎng)格劃分、稀疏兩相流場(chǎng)計(jì)算和三維冰形構(gòu)建等工作，實(shí)現(xiàn)了整個(gè)積冰數(shù)值模擬過程—“網(wǎng)格自動(dòng)劃分-兩相流場(chǎng)自動(dòng)更新-冰層生長(zhǎng)和水膜流動(dòng)模擬-冰層表面坐標(biāo)確定和冰形構(gòu)建”—的循環(huán)。
　　 再次，本文對(duì)冰

4、層-空氣對(duì)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(jìn)行了細(xì)致的研究，并據(jù)此進(jìn)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(duì)文獻(xiàn)提供的一些典型對(duì)比算例的計(jì)算，初步驗(yàn)證了本文所建立的三維積冰模型是合理的，所發(fā)展的計(jì)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(jī)翼-機(jī)身、機(jī)翼自由端、發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)口支板和整流罩等部件的簡(jiǎn)化模型上的積冰過程，初步揭示