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(dòng)機(jī)的進(jìn)氣部件，如進(jìn)氣道、風(fēng)扇葉片、支板、旋轉(zhuǎn)帽罩等會(huì)出現(xiàn)結(jié)冰現(xiàn)象。如果冰層快速增加，減小進(jìn)氣道氣流流通的截面積，導(dǎo)致航空發(fā)動(dòng)機(jī)性能惡化。旋轉(zhuǎn)帽罩結(jié)冰嚴(yán)重時(shí)，直接會(huì)增加旋轉(zhuǎn)帽罩的重量，增大發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷，會(huì)使發(fā)動(dòng)機(jī)不能正常工作。如果發(fā)生冰脫落，甚至?xí)＜鞍l(fā)動(dòng)機(jī)的安全。所以，為了防止帽罩結(jié)冰，必須對(duì)帽罩進(jìn)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(dú)特的優(yōu)勢(shì)。但目前對(duì)旋轉(zhuǎn)熱管內(nèi)部工質(zhì)流動(dòng)

2、和傳熱機(jī)理認(rèn)識(shí)仍不十分清楚，有待進(jìn)一步研究。
　　為了揭示旋轉(zhuǎn)熱管內(nèi)部工質(zhì)的復(fù)雜流動(dòng)和準(zhǔn)確描述旋轉(zhuǎn)熱管內(nèi)部工質(zhì)流動(dòng)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(gè)整體的區(qū)域，建立基于完整Navier-Stokes方程組的二維數(shù)學(xué)模型，以揭示更多的細(xì)節(jié)特征和旋轉(zhuǎn)熱管內(nèi)部流動(dòng)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(dǎo)熱定律的界面相變模型，對(duì)軸向旋轉(zhuǎn)熱管內(nèi)部工質(zhì)流動(dòng)和傳熱特性進(jìn)行了數(shù)值模擬研究。分別

3、研究了純導(dǎo)熱蒸發(fā)模型和考慮自然對(duì)流的蒸發(fā)模型，并和實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比，以探索相變模型的優(yōu)劣。采用了考慮自然對(duì)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(duì)旋轉(zhuǎn)熱管流動(dòng)和傳熱特性的影響規(guī)律。研究表明：蒸發(fā)段采用純導(dǎo)熱蒸發(fā)模型，其數(shù)值模擬結(jié)果和實(shí)驗(yàn)值誤差較大。考慮自然對(duì)流的相變模型，其數(shù)值模擬結(jié)果和實(shí)驗(yàn)值吻合很好，驗(yàn)證了該模型的可靠性和準(zhǔn)確性。傳熱量對(duì)傳熱性能影響較?。晦D(zhuǎn)速越高，傳熱性能越強(qiáng)；充液量對(duì)傳熱性能影響較小，這和文獻(xiàn)中的實(shí)

4、驗(yàn)結(jié)論一致；工質(zhì)的物性參數(shù)對(duì)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(duì)流的相變模型，對(duì)旋轉(zhuǎn)帽罩熱管防冰裝置進(jìn)行了防冰性能的數(shù)值模擬研究。研究發(fā)現(xiàn)，熱載荷對(duì)整個(gè)裝置的傳熱性能影響較小，防冰熱載荷對(duì)帽罩表面均溫性有影響；轉(zhuǎn)速越高，傳熱性能越強(qiáng)，轉(zhuǎn)速對(duì)帽罩表面均溫性影響較??；導(dǎo)