旋轉(zhuǎn)帽罩熱管防冰性能數(shù)值模擬研究.pdf

1、在一定的飛行條件和氣象條件下，航空發(fā)動機的進氣部件，如進氣道、風扇葉片、支板、旋轉(zhuǎn)帽罩等會出現(xiàn)結(jié)冰現(xiàn)象。如果冰層快速增加，減小進氣道氣流流通的截面積，導致航空發(fā)動機性能惡化。旋轉(zhuǎn)帽罩結(jié)冰嚴重時，直接會增加旋轉(zhuǎn)帽罩的重量，增大發(fā)動機負荷，會使發(fā)動機不能正常工作。如果發(fā)生冰脫落，甚至會危及發(fā)動機的安全。所以，為了防止帽罩結(jié)冰，必須對帽罩進行防冰處理。與熱氣防冰、憎水涂層防冰等方式相比，旋轉(zhuǎn)熱管防冰具有獨特的優(yōu)勢。但目前對旋轉(zhuǎn)熱管內(nèi)部工質(zhì)流動

2、和傳熱機理認識仍不十分清楚，有待進一步研究。
　　為了揭示旋轉(zhuǎn)熱管內(nèi)部工質(zhì)的復雜流動和準確描述旋轉(zhuǎn)熱管內(nèi)部工質(zhì)流動和傳熱特性，本文采用VOF多相流模型，將液體和蒸氣作為一個整體的區(qū)域，建立基于完整Navier-Stokes方程組的二維數(shù)學模型，以揭示更多的細節(jié)特征和旋轉(zhuǎn)熱管內(nèi)部流動和傳熱特性規(guī)律。
　　本文采用CFD軟件結(jié)合氣液界面追蹤程序和導熱定律的界面相變模型，對軸向旋轉(zhuǎn)熱管內(nèi)部工質(zhì)流動和傳熱特性進行了數(shù)值模擬研究。分別

3、研究了純導熱蒸發(fā)模型和考慮自然對流的蒸發(fā)模型，并和實驗結(jié)果進行了對比，以探索相變模型的優(yōu)劣。采用了考慮自然對流的相變模型，分析了傳熱量、充液量、轉(zhuǎn)速和工質(zhì)等參數(shù)對旋轉(zhuǎn)熱管流動和傳熱特性的影響規(guī)律。研究表明：蒸發(fā)段采用純導熱蒸發(fā)模型，其數(shù)值模擬結(jié)果和實驗值誤差較大?？紤]自然對流的相變模型，其數(shù)值模擬結(jié)果和實驗值吻合很好，驗證了該模型的可靠性和準確性。傳熱量對傳熱性能影響較小；轉(zhuǎn)速越高，傳熱性能越強；充液量對傳熱性能影響較小，這和文獻中的實

4、驗結(jié)論一致；工質(zhì)的物性參數(shù)對旋轉(zhuǎn)熱管傳熱性能影響顯著。全錐度旋轉(zhuǎn)熱管和典型旋轉(zhuǎn)熱管具有相似的工作特性。和典型旋轉(zhuǎn)熱管相比，全錐度旋轉(zhuǎn)熱管具有更好的傳熱性能和其冷凝段具有更好的均溫性。
　　基于之前的旋轉(zhuǎn)熱管研究工作，采用了考慮自然對流的相變模型，對旋轉(zhuǎn)帽罩熱管防冰裝置進行了防冰性能的數(shù)值模擬研究。研究發(fā)現(xiàn)，熱載荷對整個裝置的傳熱性能影響較小，防冰熱載荷對帽罩表面均溫性有影響；轉(zhuǎn)速越高，傳熱性能越強，轉(zhuǎn)速對帽罩表面均溫性影響較??；導