考慮水膜效應(yīng)的防冰表面流動換熱研究.pdf

1、飛機(jī)及發(fā)動機(jī)進(jìn)口部件結(jié)冰是影響飛行安全的重大隱患之一。通常認(rèn)為，結(jié)冰發(fā)生的原因是云層中含有溫度低于冰點(diǎn)的亞穩(wěn)態(tài)液態(tài)水，當(dāng)飛機(jī)穿越由這些過冷水滴組成的云團(tuán)時，便會在迎風(fēng)部件表面發(fā)生結(jié)冰現(xiàn)象。研究表明，飛機(jī)結(jié)冰會破壞飛機(jī)的氣動外形，并影響其操縱性和穩(wěn)定性；嚴(yán)重的結(jié)冰可能造成機(jī)毀人亡的重大飛行事故。為了保證飛行安全，現(xiàn)代飛機(jī)的設(shè)計都嚴(yán)格執(zhí)行相關(guān)部門頒布的結(jié)冰條件適航規(guī)定，采用防、除冰系統(tǒng)來保障結(jié)冰環(huán)境條件下的安全飛行。
　　目前在大型商

2、用飛機(jī)上，普遍采用熱氣防冰系統(tǒng)。熱氣防冰系統(tǒng)通常從飛機(jī)發(fā)動機(jī)的壓氣機(jī)中引出帶有一定壓力的熱空氣，加熱需要防冰的部件，保證部件表面的溫度在冰點(diǎn)以上，從而避免撞擊到部件表面的過冷水滴在其表面發(fā)生凍結(jié)。對于不完全蒸發(fā)熱氣防冰系統(tǒng)，當(dāng)過冷水滴撞擊到熱氣防冰表面后，未完全蒸發(fā)的液態(tài)水在氣動力作用下沿機(jī)翼表面向后流動形成溢流水。溢流水的流動換熱特性對確定熱防冰系統(tǒng)的加熱區(qū)域和加熱功率具有重要的影響。因此，研究考慮水膜效應(yīng)的防冰表面流動換熱現(xiàn)象具有十

3、分重要的理論意義和工程實(shí)用價值。
　　本文主要圍繞飛機(jī)防冰表面的水膜流動換熱現(xiàn)象展開，對考慮水膜效應(yīng)的防冰表面流動換熱機(jī)理進(jìn)行研究。主要研究內(nèi)容如下：
　　首先，本文對國內(nèi)外水膜流動換熱研究進(jìn)展進(jìn)行了簡要的回顧，介紹了研究所涉及的一些基本概念和基本研究方法。在此基礎(chǔ)上，以ANSYS FLUENT軟件作為平臺，實(shí)現(xiàn)了空氣流場計算和水滴撞擊特性計算，為進(jìn)一步開展防冰表面的水膜流動換熱研究創(chuàng)造了條件。
　　其次，本文基于機(jī)翼

4、表面水膜及空氣相互作用機(jī)理，建立了水膜與空氣的流動換熱模型。防冰表面水膜流動換熱模型考慮了氣動剪切力對水膜流動的驅(qū)動效應(yīng)、水膜表面的對流換熱和汽化潛熱，得到了溢流水膜及空氣邊界層流動換熱的控制方程。通過與相關(guān)實(shí)驗數(shù)據(jù)的對比，對所提出的計算模型的準(zhǔn)確性進(jìn)行了驗證，并為進(jìn)一步研究不同防冰狀態(tài)下的水膜流動換熱過程奠定了基礎(chǔ)。
　　再次，在防冰表面水膜流動換熱模型的基礎(chǔ)上，提出了連續(xù)水膜破裂后溪流流動的物理模型以及水膜破裂模型，并將計算結(jié)