石墨烯电加热除冰系统研究

发布时间：2020-05-25 09:28

【摘要】：电加热除冰系统是目前使用最为广泛的飞机结冰防护系统,但传统电加热系统的电热元件为金属材料弯曲度有限,因此存在加热不均和易断裂等缺陷。本文主要的研究内容为基于石墨烯加热薄膜的电加热除冰系统,旨在探究石墨烯应用在飞机防除冰系统中时的性能,期望改进电加热除冰系统的性能。本文主要从数值模拟和实验手段两个方面研究石墨烯电加热除冰系统的工作特性,主要内容分为以下几个部分:(1)根据石墨烯资料分析得出适合在实验室制备石墨烯微片的方法,对制备得到的样品进行表征,利用石墨烯微片制备石墨烯电加热膜并在常温下对其进行性能测试,根据除冰实验所需条件改进电加热膜性能并制备相应尺寸的石墨烯电加热膜。(2)研究石墨烯电加热除冰系统的除冰特性,为此建立了石墨烯电加热系统的模型,采用固液相变理论和有限容积法系统地分析了飞机的电热除冰过程,着重于为后期结冰风洞实验提供加热功率设置的基准数据。(3)将石墨烯电加热除冰系统与传统电加热除冰系统同时置于结冰风洞中进行除冰实验,分别观测二者在相同结冰条件下的除冰工作情况,通过在结冰风洞中的实验对石墨烯电加热系统的可行性进行验证。(4)针对数值模拟和实验的结果对电加热除冰系统进行优化,主要包括功率分布优化、加热模式优化及周期性加热冷却时间的优化。
【图文】：

相同的结冰气象条件下电加热系统因此比热气系统节省 33%的能耗即可达到(2)电加热除冰系统的结构相对而言比较简单，且因分区设置了加热垫其维护化；(3)由于电能转换成热能的效率更高所以飞机结冰防护所需能耗更低，此少了引气造成的噪音污染。热除冰系统除冰系统由电源系统、控制系统、热源系统三大部分组成。电源系统主要作般由电源及电线构成；控制系统主要作用是温度控制，，主要有温度检测、气等；热源系统的主要作用是产生热量，主要加热元件及各热传导结构[9]。如图除冰系统示意图，系统主要由加热元件(1)（可采用金属类电阻丝及导电薄膜(2、3)、转换器(4)、选择开关(5)及电源等部分构成。其中，过热保护装置的度加热烧坏零部件：表面温度过高时，温度传感头将信号传给转换器，接通热电路。选择开关有“手动”和“自动”两档，当选择“自动”模式时，电被自动化程序控制从而间歇性的接通电源进行加热除冰。转换器(4)可以选择置，并且对各个加热区域的通断电时间进行调控。

石墨烯电加热除冰系统研究层与外表面之间的粘附力由于冰层底部的融化而减小时，气动力/离心力将冰除去。电热除冰的最优模式为在除冰初期采用持续性，工作一段时式相。在机翼的防除冰区域设置上，电热除冰系统通常在其水滴撞击最防护，如图 1.2 所示，将结冰防护表面按照机翼的展向和弦向划分成若加热的“热刀”，每个区域可以根据结冰情况通过控制系统采用合适的加冰，这样一来相较于整体加热系统所耗的能量更少，也更容易对外表面耳效应发热的金属加热元件若面积较大则中心处易产生热点，而分区加现象的产生，又有利于局部温度控制的实现。通常来说，根据除冰热载冰区域可减少所需加热功率，不过分区数量不宜盲目增加，因为每增加对飞机的负重有影响，同时分区越多控制系统就越复杂不易维护和修理分布设置和周期性通断电源问题较为复杂，需通过计算分析和反复测试
【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】：2018
【分类号】：V244.15

【参考文献】

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本文编号：2679942