机翼结冰粗糙度及对流换热研究

发布时间：2017-10-21 14:10

  本文关键词：机翼结冰粗糙度及对流换热研究

  更多相关文章： 飞机结冰 结冰模型 粗糙度 对流换热系数 多因素

【摘要】：飞机在含有过冷水滴的云层中飞行时,水滴撞击在迎风表面后冻结发生结冰。结冰积累导致飞机表面高低不平,粗糙度增加。结冰表面粗糙度影响飞机表面的气流流动,使得气流边界层的转捩位置前移,并且会强化飞机表面与气流之间的对流换热。在结冰计算中,粗糙度和对流换热过程对生成的冰量和冰形有很大影响,因此,考虑粗糙度产生的原因及衡量方法,并将改进的粗糙度模型嵌入现有的结冰计算模型中可以提高结冰预测结果的准确性。本文的主要内容为:首先对飞机结冰过程中粗糙度的产生原因、衡量方法及其对结冰过程的影响进行了介绍,并对对流换热系数的概念和影响因素进行了概述。第二章介绍了结冰数值模拟流程,针对其中的结冰计算模块,详细阐述了现有的两大结冰预测模型:Messinger模型和基于液态水的水膜结冰模型,利用两种模型对机翼结冰进行预测,通过计算结果与实验对比,得出每种模型适合求解的结冰类型,从提高计算精度的角度将两种模型结合。第三章阐述了飞机结冰数值模拟中三种粗糙度计算模型:等效砂砾粗糙度模型、基于表面几何的粗糙度模型和基于表面液态水分布的粗糙度模型,对比分析不同计算方法的适用范围,进而提出了一种多因素影响的粗糙度计算模型。第四章针对机翼结冰数值模拟过程,比较和分析不同对流换热系数的求解方法,即FLUENT软件计算法和边界层积分法,分析影响FLUENT计算结果的参数和设置,并分析软件计算得到的对流换热系数不能用在结冰模拟中的原因。第五章将第三章提出的粗糙度模型和第四章得到的适用于结冰计算的对流换热系数计算方法嵌入到改进的水膜结冰模型中,针对NACA0012翼型开展了各典型结冰状态下的冰形计算,将计算结果同冰风洞实验结果和原有水膜结冰模型计算结果进行对比,结果表明本文建立的基于多因素影响的粗糙度模型嵌入到改进的水膜结冰模型后可以提高各种冰型的模拟准确度,从而验证了本文模型的正确性。最后总结本文的工作,指出新的结冰计算模型能够提高结冰预测的精度,对未来防除冰系统的设计具有指导意义。
【关键词】：飞机结冰 结冰模型 粗糙度 对流换热系数 多因素
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V321.229
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-14
• 第一章 绪论14-23
• 1.1 表面粗糙度对飞机结冰的影响14-16
• 1.1.1 结冰表面粗糙度的形成14-15
• 1.1.2 表面粗糙度的衡量及对结冰过程的影响15-16
• 1.2 飞机结冰中的对流换热过程16-19
• 1.3 国内外研究现状19-21
• 1.4 本文研究目的及研究内容21-23
• 第二章 机翼结冰数值模拟23-41
• 2.1 引言23
• 2.2 国内外研究概况23-25
• 2.3 结冰数值模拟25-28
• 2.3.1 网格生成模块25-26
• 2.3.2 流场计算模块26-27
• 2.3.3 水滴撞击特性计算模块27
• 2.3.4 冰形计算模块27-28
• 2.3.5 模型重构模块28
• 2.4 结冰模型28-37
• 2.4.1 Messinger结冰模型28-32
• 2.4.2 基于液态水的结冰模型32-37
• 2.5 结冰计算及分析37-39
• 2.6 本章小结39-41
• 第三章 结冰粗糙度计算模型41-48
• 3.1 引言41
• 3.2 等效砂砾粗糙度模型41-43
• 3.3 基于表面几何的粗糙度模型43-44
• 3.4 三种液态水形态下的表面粗糙度模型44-45
• 3.4.1 水膜流动区44-45
• 3.4.2 溪流流动区45
• 3.4.3 水珠覆盖区45
• 3.5 多因素影响的粗糙度模型45-47
• 3.5.1 结冰类型划分46
• 3.5.2 表面液态水和干斑影响的粗糙度计算方法46-47
• 3.6 本章小结47-48
• 第四章 结冰中的对流换热系数计算48-59
• 4.1 引言48
• 4.2 FLUENT软件及其对流换热计算48-51
• 4.2.1 FLUENT软件简介48-49
• 4.2.2 FLUENT对流换热计算49-51
• 4.3 改进的边界层积分法51-55
• 4.3.1 转捩区的确定52-53
• 4.3.2 层流对流换热系数53
• 4.3.3 湍流对流换热系数53-54
• 4.3.4 摩擦系数54
• 4.3.5 粗糙表面Stanton数54-55
• 4.3.6 求解步骤55
• 4.4 对流换热计算及分析55-57
• 4.5 本章小结57-59
• 第五章 改进的结冰计算模型59-68
• 5.1 引言59
• 5.2 改进的结冰模型59-65
• 5.2.1 初始水膜厚度59-61
• 5.2.2 冻结系数求解61-62
• 5.2.3 控制方程组62-63
• 5.2.4 结冰多步长计算63-65
• 5.3 结冰计算及分析65-66
• 5.4 本章小结66-68
• 第六章 总结与展望68-70
• 6.1 总结68-69
• 6.2 展望69-70
• 参考文献70-75
• 致谢75-76
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文76

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前7条

1 霍西恒;常士楠;;翼型表面粗糙度对结冰的影响分析[J];航空工程进展;2012年02期

2 付斌;孙志国;朱程香;朱春玲;;机翼表面结冰热力学模型[J];工程热物理学报;2010年10期

3 孙志国;朱程香;付斌;朱春玲;;二维翼型结冰数值计算[J];航空动力学报;2010年07期

4 叶学民;闫俊刚;李春曦;阎维平;;界面切应力和重力驱动下受热过冷薄膜的破断模型研究[J];华北电力大学学报(自然科学版);2010年02期

5 张强;曹义华;胡利;;翼型表面明冰的数值模拟[J];航空动力学报;2009年01期

6 包能胜;霍福鹏;叶枝全;倪维斗;;表面粗糙度对风力机翼型性能的影响[J];太阳能学报;2005年04期

7 李勇,刘志友,安亦然;介绍计算流体力学通用软件——Fluent[J];水动力学研究与进展(A辑);2001年02期

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 檀妹静;飞机结冰中的水膜模型研究[D];南京航空航天大学;2013年

，

本文编号：1073764