水滴运动变形特性的数值与实验研究

发布时间：2021-08-14 18:12

　　水滴在运动过程中的变形现象一直是流体力学多相流领域与飞机结冰领域所关心的关键问题之一,对水滴运动过程进行理论计算与实验研究具有十分深远的意义。本文使用基于level set方法的水气大密度比多介质模拟方法对水滴的运动进行了数值研究,并在风洞中对水滴相对机翼运动的过程开展了实验。本文的主要内容如下:首先论述了水滴运动变形问题的研究背景,概述了过冷大水滴条件下飞机结冰过程的特殊性与大密度比条件下水气多介质运动问题研究的复杂性。第二章介绍了对流体界面进行捕捉的level set方法及保证level set函数为符号距离的重新初始化方法,在给出了具体的离散方法后对几种典型的界面运动问题进行了模拟。第三章建立了基于level set方法的水气大密度比多介质问题数值模拟方法,通过在水气界面引入一定宽度的物性光滑带,消除了由于水气物性差异较大所造成的非物理震荡,使用变密度投影算法对两相流场进行统一求解,把表面张力耦合进了流场的求解中,并通过引入水滴计算域与机翼计算域的概念,将此种多介质处理方法发展应用于了水滴相对机翼运动的过程中。第四章开展了水滴相对机翼运动的实验研究,使用高速摄影系统对风洞中单颗水... 

【文章来源】：南京航空航天大学江苏省 211工程院校

【文章页数】：91 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

t=0时刻界面位置

图 2.2 t=0.2 时刻界面位置速度场不会使需要捕捉的界面发生形状上的改变，但在实的速度分布，如剪切、破碎、拉伸等，这些复杂的速度分变化。为了验证本文所采用的 level set 方法对真实流场中，进行了剪切速度场情况下的计算。置如图 2.3 所示，计算域为 0, 0, ，计算网格数为2矩形所包围的区域为3 7 9, ,10 10 20 20 ，x和 y 方向的定为正向的，'t t时速度场给定负向，由此形成一个剪切

水滴运动变形特性的数值与实验研究 , sin cos, cos sinu x y x yv x y x y 时刻的变形应为最大，在t 2t 时刻界面应恢复到本文所采用的重新初始化方法的正确性，本例对使别进行了计算。t 8与t 16时刻不使用重新初始 所示，可以看出在t 16时刻，界面的整体位置虽形的右下角位置与初始时刻相比还存在一定的偏差算所得的结果如图 2.5 与图 2.7 所示，可以看出在t ，与无重新初始化的计算结果相比整体还原较好，，使对界面的捕捉更加准确。

【参考文献】：
期刊论文
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[2]过冷大水滴变形及阻力特性的温度影响实验研究[J]. 王桥,肖京平,刘森云,肖春华.  实验流体力学. 2016(03)
[3]过冷大水滴条件下机翼结冰数值仿真[J]. 吴佩佩,朱春玲,刘文平,王正之.  计算机仿真. 2014(09)
[4]低速下水滴撞击固体表面运动模拟[J]. 徐爽,赵宁,王春武,吴杰.  航空动力学报. 2013(03)
[5]飞机结冰对于飞行安全的重大危害分析[J]. 罗茜,王亚莉.  科技视界. 2012(20)
[6]飞机结冰特性及防除冰技术研究[J]. 周莉,徐浩军,龚胜科,李大伟.  中国安全科学学报. 2010(06)
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[8]多介质流动改进型Level-Set重新初始化方法[J]. 张学莹,赵宁.  空气动力学学报. 2006(04)
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[10]位图图像灰度化的方法及编程实现[J]. 游达章,张建钢,甘勇.  广西工学院学报. 2004(01)

博士论文
[1]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

硕士论文
[1]机翼结冰粗糙度及对流换热研究[D]. 严晓雪.南京航空航天大学 2016
[2]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



本文编号：3342944