壁面性質(zhì)對過冷水結(jié)冰影響的實(shí)驗(yàn)研究和理論分析.pdf

1、飛機(jī)在一定高度飛行時(shí)，空中的過冷水滴會碰撞在飛機(jī)表面并結(jié)冰，破壞飛機(jī)的氣動(dòng)外形并影響發(fā)動(dòng)機(jī)、傳感器等正常工作，是飛行安全的重大隱患。對結(jié)冰環(huán)境的規(guī)避及防除冰系統(tǒng)的設(shè)計(jì)都需要對飛機(jī)表面冰的生成進(jìn)行可靠的預(yù)測，這要求掌握過冷水在飛機(jī)表面的結(jié)冰規(guī)律和機(jī)理。而目前過冷水在壁面附近的凝固規(guī)律認(rèn)識不足，特別是理論描述較少。另一方面，雖然對防冰材料的研究被越來越多的關(guān)注，但材料表面性質(zhì)對過冷水結(jié)冰的影響尚未得到充分認(rèn)識。因此本文針對其現(xiàn)狀，對過冷水在

2、固壁附近的結(jié)冰規(guī)律以及固壁性質(zhì)對冰生長的影響需要進(jìn)行細(xì)致的研究，主要工作如下：
　　針對目前壁面性質(zhì)對飛機(jī)過冷結(jié)冰理論的影響程度的未知，本文采用近壁研究實(shí)驗(yàn)方法，通過改變壁面材質(zhì)和涂層控制導(dǎo)熱率和接觸角兩個(gè)變量，并采用高速相機(jī)觀察了冰生長的過程，重點(diǎn)記錄冰生長的速率和形態(tài)，從而發(fā)現(xiàn)接觸角和導(dǎo)熱率兩種壁面性質(zhì)對冰生長的影響。
　　通過實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，整理實(shí)驗(yàn)結(jié)果，得到壁面導(dǎo)熱率和接觸角與冰在壁面生長速度的關(guān)系。結(jié)果顯示壁面導(dǎo)熱率與壁

3、面上冰水平生長的速度成正相關(guān)。壁面導(dǎo)熱率還會影響冰前緣輪廓的形狀。在大導(dǎo)熱的金屬表面冰為圓形，在非金屬表面為不規(guī)則的枝狀。壁面接觸角與冰沿壁面的生長速度正相關(guān)，特別在導(dǎo)熱率低時(shí)影響明顯，而對垂直生長速度的影響可以忽略。
　　基于實(shí)驗(yàn)中的現(xiàn)象，本文建立了冰近壁生長理論模型，預(yù)測了在不同導(dǎo)熱率壁面上的冰垂直和水平生長速度，并且討論了壁面接觸角影響近壁結(jié)冰的方式。對其影響冰生長機(jī)制的探討顯示，冰的接觸角可能與水的接觸角成反比。以上研究結(jié)