三维笛卡尔网格的结冰数值模拟
发布时间：2021-04-14 19:29
飞机结冰对于飞机飞行安全是一种严重的威胁,因此有必要对飞机结冰现象展开研究。本文提供一种三维笛卡尔网格的结冰数值模拟的方法,在网格生成、流场计算、水滴轨迹计算以及水滴撞击特性、结冰数学模型等方面进行了研究。本文主要研究内容如下:首先,研究了三维笛卡尔网格的生成方法及流场计算方法。采用八叉树数据结构,介绍了快速邻居查找以及网格类型判定的方法,研究了三维情况下的虚拟单元法,并研究了网格重构方法;采用三维Euler方程作为流场求解控制方程,对其进行空间与时间离散,引入人工耗散项,使用当地时间步长法实现加速收敛。并进行算例计算来验证本文方法的正确性,并分析得出结冰对飞机的气动性能有着恶劣影响。其次,对水滴轨迹计算进行了研究。介绍了拉格朗日法的水滴轨迹求解方法,对水滴位置在笛卡尔网格中的位置以及水滴轨迹与三维物面撞击点位置的检索方法进行了研究,求解出物面单元的局部水滴收集系数,与试验数据对比验证本文方法的正确性。最后,对三维物面的结冰计算展开了研究。建立三维结冰数学模型,阐述模型质量和能量守恒方程的各项式的含义以及求解方法,采用基于空气压力梯度和剪切应力的溢流水分配原则,使用校正法计算对流换热系...
【文章来源】：南京航空航天大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
霜冰、明冰、混合冰的外形示意图
图 1. 2 国产 ARJ21-700 新支线飞机开展飞行结冰试验是在结冰风洞中通过模拟飞机在真实云层的飞行情况来得到相关参数的种可以开展结冰试验的风洞设备。为了保证飞机飞行安全以及防除冰等要在各种环境下进行大量的试验论证，因此不管是从成本亦或是效率的洞需要对试验目标进行尺寸上的缩比后才能进行试验研究，为了保证缩有较高的精度，那么缩比过程需要遵循结冰试验相似准则[6]。结冰风洞动，通过吹出气流来模拟试验目标在大气飞行的过程，进而得到相关试实云层的飞机飞行，便转化为需要提供真实的大气云层中的各种参数。目前对于大气云层的模拟中液态水含量（LWC），水滴直径（MVD）以者成为了云层模拟的重要参数，则要想保证结冰风洞试验结果的精确境中则三项数据能够尽量准确符合真实物理现象。同时结冰风洞试验研数值模拟研究是否准确的主要因素，为数值模拟研究的开展提供了数据
图 1. 2 国产 ARJ21-700 新支线飞机开展飞行结冰试验风洞试验是在结冰风洞中通过模拟飞机在真实云层的飞行情况来得到相关参数的试验方法，结冰风洞是一种可以开展结冰试验的风洞设备。为了保证飞机飞行安全以及防除冰等相关技术的可靠性，需要在各种环境下进行大量的试验论证，因此不管是从成本亦或是效率的角度考虑，大多数结冰风洞需要对试验目标进行尺寸上的缩比后才能进行试验研究，为了保证缩比后试验的试验数据具有较高的精度，那么缩比过程需要遵循结冰试验相似准则[6]。结冰风洞试验是试验目标固定不动，通过吹出气流来模拟试验目标在大气飞行的过程，进而得到相关试验数据。那么要模拟真实云层的飞机飞行，便转化为需要提供真实的大气云层中的各种参数。经过多年的试验研究，目前对于大气云层的模拟中液态水含量（LWC），水滴直径（MVD）以及结冰云层温度0T 这三者成为了云层模拟的重要参数，则要想保证结冰风洞试验结果的精确性，就便要保证模拟的环境中则三项数据能够尽量准确符合真实物理现象。同时结冰风洞试验研究的数据结果也是验证数值模拟研究是否准确的主要因素，为数值模拟研究的开展提供了数据支撑。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于混合笛卡尔网格方法的扑动翼型数值模拟[J]. 沈志伟,赵宁. 航空计算技术. 2016(02)
[2]基于欧拉法模拟旋转帽罩水滴撞击特性[J]. 吴孟龙,常士楠,冷梦尧,王超. 北京航空航天大学学报. 2014(09)
[3]三维机翼表面水滴撞击特性计算[J]. 孙志国,朱春玲. 计算物理. 2011(05)
[4]三维机翼结冰模拟[J]. 常士楠,苏新明,邱义芬. 航空学报. 2011(02)
[5]结冰面水滴收集率欧拉计算方法研究及应用[J]. 易贤,王开春,桂业伟,朱国林. 空气动力学学报. 2010(05)
[6]自适应笛卡尔网格Ghost Cell方法研究[J]. 刘剑明,赵宁,胡偶,王东红. 空气动力学学报. 2010(01)
[7]飞机机翼结冰过程的数值模拟[J]. 陈维建,张大林. 航空动力学报. 2005(06)
[8]考虑传质传热效应的翼型积冰计算[J]. 易贤,朱国林. 空气动力学学报. 2004(04)
博士论文
[1]可压缩复杂流动笛卡尔网格方法研究及应用[D]. 胡偶.南京航空航天大学 2013
[2]飞机结冰数值计算与冰风洞部件设计研究[D]. 孙志国.南京航空航天大学 2012
[3]可压缩流体计算中的浸入边界方法及其应用[D]. 刘剑明.南京航空航天大学 2010
[4]基于自适应直角切割及混合网格的Euler/N-S方程数值模拟[D]. 桑为民.西北工业大学 2002
硕士论文
[1]机翼结冰数值计算与结冰模型研究[D]. 付斌.南京航空航天大学 2011
[2]基于自适应笛卡尔网格的虚拟单元方法研究[D]. 胡偶.南京航空航天大学 2009
本文编号：3137884
【文章来源】：南京航空航天大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
霜冰、明冰、混合冰的外形示意图
图 1. 2 国产 ARJ21-700 新支线飞机开展飞行结冰试验是在结冰风洞中通过模拟飞机在真实云层的飞行情况来得到相关参数的种可以开展结冰试验的风洞设备。为了保证飞机飞行安全以及防除冰等要在各种环境下进行大量的试验论证，因此不管是从成本亦或是效率的洞需要对试验目标进行尺寸上的缩比后才能进行试验研究，为了保证缩有较高的精度，那么缩比过程需要遵循结冰试验相似准则[6]。结冰风洞动，通过吹出气流来模拟试验目标在大气飞行的过程，进而得到相关试实云层的飞机飞行，便转化为需要提供真实的大气云层中的各种参数。目前对于大气云层的模拟中液态水含量（LWC），水滴直径（MVD）以者成为了云层模拟的重要参数，则要想保证结冰风洞试验结果的精确境中则三项数据能够尽量准确符合真实物理现象。同时结冰风洞试验研数值模拟研究是否准确的主要因素，为数值模拟研究的开展提供了数据
图 1. 2 国产 ARJ21-700 新支线飞机开展飞行结冰试验风洞试验是在结冰风洞中通过模拟飞机在真实云层的飞行情况来得到相关参数的试验方法，结冰风洞是一种可以开展结冰试验的风洞设备。为了保证飞机飞行安全以及防除冰等相关技术的可靠性，需要在各种环境下进行大量的试验论证，因此不管是从成本亦或是效率的角度考虑，大多数结冰风洞需要对试验目标进行尺寸上的缩比后才能进行试验研究，为了保证缩比后试验的试验数据具有较高的精度，那么缩比过程需要遵循结冰试验相似准则[6]。结冰风洞试验是试验目标固定不动，通过吹出气流来模拟试验目标在大气飞行的过程，进而得到相关试验数据。那么要模拟真实云层的飞机飞行，便转化为需要提供真实的大气云层中的各种参数。经过多年的试验研究，目前对于大气云层的模拟中液态水含量（LWC），水滴直径（MVD）以及结冰云层温度0T 这三者成为了云层模拟的重要参数，则要想保证结冰风洞试验结果的精确性，就便要保证模拟的环境中则三项数据能够尽量准确符合真实物理现象。同时结冰风洞试验研究的数据结果也是验证数值模拟研究是否准确的主要因素，为数值模拟研究的开展提供了数据支撑。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于混合笛卡尔网格方法的扑动翼型数值模拟[J]. 沈志伟,赵宁. 航空计算技术. 2016(02)
[2]基于欧拉法模拟旋转帽罩水滴撞击特性[J]. 吴孟龙,常士楠,冷梦尧,王超. 北京航空航天大学学报. 2014(09)
[3]三维机翼表面水滴撞击特性计算[J]. 孙志国,朱春玲. 计算物理. 2011(05)
[4]三维机翼结冰模拟[J]. 常士楠,苏新明,邱义芬. 航空学报. 2011(02)
[5]结冰面水滴收集率欧拉计算方法研究及应用[J]. 易贤,王开春,桂业伟,朱国林. 空气动力学学报. 2010(05)
[6]自适应笛卡尔网格Ghost Cell方法研究[J]. 刘剑明,赵宁,胡偶,王东红. 空气动力学学报. 2010(01)
[7]飞机机翼结冰过程的数值模拟[J]. 陈维建,张大林. 航空动力学报. 2005(06)
[8]考虑传质传热效应的翼型积冰计算[J]. 易贤,朱国林. 空气动力学学报. 2004(04)
博士论文
[1]可压缩复杂流动笛卡尔网格方法研究及应用[D]. 胡偶.南京航空航天大学 2013
[2]飞机结冰数值计算与冰风洞部件设计研究[D]. 孙志国.南京航空航天大学 2012
[3]可压缩流体计算中的浸入边界方法及其应用[D]. 刘剑明.南京航空航天大学 2010
[4]基于自适应直角切割及混合网格的Euler/N-S方程数值模拟[D]. 桑为民.西北工业大学 2002
硕士论文
[1]机翼结冰数值计算与结冰模型研究[D]. 付斌.南京航空航天大学 2011
[2]基于自适应笛卡尔网格的虚拟单元方法研究[D]. 胡偶.南京航空航天大学 2009
本文编号：3137884
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