机翼三维结冰数值模拟

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1、第43卷第l期2013年1月航空计算技术Aemn卸ticalComputingTechniqueV01．43No．1Jan．2013机翼三维结冰数值模拟张丽芬，刘振侠，胡剑平(西北工业大学动力与能源学院，陕西西安710072)摘要：采用欧拉一拉格朗日法计算空气、水滴两相流动，根据质量守恒和能量守恒计算结冰量和溢流水量，溢流水的流动方向及不同方向的流量分配由当地空气的速度矢量、网格边界的法向量计算得到。采用非稳态方法、非结构网格计算了NACA0012平直翼、截面为GLC一305的后掠翼的结冰，并与文献中的实验结果进行了对比，结果显示最大结冰厚度与实验吻合较好，预测的冰形与实验冰形发展趋势一致

2、。计算结果表明，提出的三维结冰计算方法是有效、可行的，为三维结冰计算提供了一条可选的途径。关键词：三维结冰计算；数值模拟；溢流水；欧拉一拉格朗日方法中图分类号：V233．94文献标识码：A文章编号：1671—654x(2013)01-0036—04N啪ericalSimulationofThree．dimensionalIceAccretiononAimilsZHANG“一fen，LIUZhen-xia，HUJian-ping(＆^oof矿Po伽er口以E聊呦，，Ⅳon矗训∞把mPo枷^en恐nf‰劫e您渺，尉’on710072，现i聘o)Abstract：TheEulerian-Lagr

3、anianmodelwasemployedtosimulatetheair-watertwophasenow．MassandenergyconseⅣationequationsestablishedinacontrolvolumewereusedtocalculateiceaccretionandmnbackwater．DirectionandnuxofthemnbackwaterweredetenninedbylocalairvelocityvectorandnoHnalofgridboundary．Theunsteadymethodandunstmcturedgridsareused．

4、Iceaccretionsondifkrentwingsaresimulatedusingthismethod．Thesimulatedmaximumthicknessandgm叭htrendoftheiceshapesareagreedweUwiththeexperimentalinlitemture，theresultsindicatethatthemethodisefkctiVe．Keywords：3Diceaccretioncomputation；numericalsimulation；mnbackwater；eulerian—la铲anianmodel引言结冰严重威胁着飞机的飞行

5、安全。对结冰问题的研究可以采用实验和计算两种方式。结冰实验所用的冰风洞造价及运行费用高昂，并且我国目前投入使用的冰风洞都是小型冰风洞，受其尺寸限制，某些工况是无法实验的，因此采用实验的方法研究结冰问题存在着诸多困难和障碍。而随着数值计算方法以及计算机技术的发展，数值模拟越来越成为结冰研究的一个重要手段。数值模拟能够以较低的成本、较快的速度对所研究问题进行定性或定量分析。国外对结冰的数值模拟开展较早，从20世纪40年代就已经开始，80年代研究主要集中于二维结冰的计算⋯，进入90年代后，对二维计算的研究不断深人，同时出现了三维计算研究旧J，2000年以后对结冰计算的研究更加活跃，出现了大量关于

6、结冰计算方面的文献[3—5]，同时国外在研究过程中逐渐发展出一些较为成熟的计算软件【2’6-9J，如美国的LEWICE，加拿大的FENSAP、CAN—ICE，法国的ONERA，英国的DRA，意大利的CIRAMIL等，其中加拿大的商用软件FENsAP，国内的一些科研院所也已引进，开始使用。国内对结冰的研究起步较晚，2000年以后对结冰的数值模拟蓬勃发展，西工大、北航、中国空气动力研究与发展中心、南航、上海交大等都有学者对结冰的数值模拟进行研究，并且取得了一定的成果¨0‘16J。目前国内对于二维结冰数值模拟研究开展较多，对于三维结冰计算变得逐渐活跃。文献[17]对机翼表面三维霜冰进行了数值模拟

7、，文献[18]建立了一种考虑液态水溢流效应的三维结冰计算模型，文献[19]对三维霜冰和明冰进行了计算，文献[18—19]在对三维结冰计算时是按准定常方法进行，文献[19]将整个结冰过程作为一个时间步，这与实际的结冰过程有一定差别。本文采用非稳态方法、非结构网格，对NACA0012平直翼、截面为GLC一305的后掠翼结冰进行了数值收稿日期：2012一05—08基金项目：西北工业大学基础研究基金项目资助(Jc20110221