基于润滑理论的二维积冰数值模拟

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1、2014年10月北京航空航天大学学报October2014第40卷第10期JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronauticsV01．40No．10基于润滑理论的二维积冰数值模拟侯硕曹义华(北京航空航天大学航空科学与工程学院，北京100191)摘要：将基于润滑理论的水膜．冰层模型推广到在任意二维截面上建立的正交曲线坐标系，得到描述二维型线表面水膜流动和积冰的偏微分控制方程．采用一种隐式．显式有限差分格式建立控制方程组的代数形式，给出求解非稳态控制方程组的数值方法．为验证模型和数值解法的有效性，在典型的航空积冰和传输

2、线积冰环境下对翼型和传输线表面的积冰算例进行数值模拟．将水膜．冰层模型的冰形计算结果与传统Messinger模型的模拟结果以及冰风洞试验结果进行对比，低温明冰条件下采用当前方法计算的翼型表面冰形接近于Messinger模型的模拟冰形曲线；相对高温条件下的计算结果比传统Messinger模型更为精确．低速积冰环境下Messinger模型难以模拟的传输线表面积冰同样可以采用水膜．冰层模型进行有效预测．关键词：润滑理论；薄膜流；积冰；翼型；传输线；数值模拟中图分类号：V244．1文献标识码：A文章编号：1001．5965(2014)10．1442-09Numericalsim

3、ulationoftwodimensiona

4、-ceaccretionbasedonlubricationtheoryHOUShuoCaoYihua(SchoolofAeronauticScienceandEngineering，BeijingUniversityofAeronauticsandAstronautics，Beijing100191，China)Abstract：Waterfilm-icelayermodelbasedonlubricationtheorywasextendedtotwo-dimensionalorthog-onalcurvilinearc

5、oordinatesystemonarbitrarysections．Twogoverningpartialdifferentialequationsofwaterfilmflowandiceaccretiononcurvedsectionswereobtained．Thenumericalmethodsforsolvingtheseunsteadygoverningequationswerepresented．Animplicit—explicitdiscreteschemewasappliedtoobtainthealgebraicformofgoverningeq

6、uations．ExamplesofnumericalicingcalculationwereverifiedonNACA0012airfoilandcirclecylindersectionintypicalaeroicingandstructuralicingenvironment．TheresultsofcalculationusingcurrentmodelwerecomparedwithiceshapesofsimulationusingtraditionalMessingermodelandresultsfromicewindtunneltests．Ices

7、hapesOilairfoilobtainedusingthisnumericalmethodwereclosetoicingcurvescal‘culatedbyMessingermodelinlowtemperatureglazeicingconditions．Inrelativelyhightemperatureicingcon‘ditions，moreaccurateresultswereobtainedthanMessingermodelcomparedwithresultsoficetunnelexperi-ments．Iceaccretionontrans

8、missionlinewireswhichcannotbepredictedproperlybytraditionalMessingermodelwasalsoeffectivelypredictedbycurrentmodelinstructuralicingconditions．Keywords：lubricationtheory；filmflow；iceaccretion；airfoil；cable；numericalsimulation过冷水滴(温度低于O℃但保持液态)撞击低温固体表面导致的积冰是自然界和工程活动中的一种复杂现象，