水滴多尺寸分布对水滴撞击特性和结冰增长的影响

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1、第42卷第5期2010年lO月南京航空航天大学JournalofNanjingUniversityofAeronautics学报&AstronauticsVol-42No．5OCt．2010水滴多尺寸分布对水滴撞击特性和结冰增长的影响朱程香孙志国付斌朱春玲(南京航空航天大学航空宇航学院，南京，210016)摘要：水滴直径是影响水滴撞击特性的重要参数，而撞击特性在很大程度上影响结冰冰形。因此，在结冰数值模拟中，如何合理选取水滴分布模型，对于保证计算精度有重要意义。本文基于求解雷诺时均N—S方程获得的流场结果，采用拉格朗日法计算水滴撞击特性，并采用Messinger模

2、型进行结冰增长模拟，研究了水滴直径、水滴多尺寸分布对水滴撞击特性和结冰冰形的影响。结果表明，水滴的多尺寸分布对于结冰数值模拟结果具有重要影响，采用LangmuirD分布能够满足数值模拟精度要求。关键词：数值模拟；飞机结冰；水滴撞击特性；多尺寸分布；冰形中图分类号：V244．1；V211．3文献标识码：A文章编号：1005—2615(2010)05—0620—05EffectsofMulti—dispersedImpingementDropletDistributiononDropletandIceAccretionZhuChengxiang，SunZhiguo，F

3、uBin，ZhuChunling(CollegeofAerospaceEngineering，NanjingUniversityofAeronautics&Astronautics，Nanjing，210016，China)Abstract：Theeffectsofdropletdiameterondropletimpingementcharacteristicsfordeterminingtheiceshapeareessential．Therefore，itneedstobeconsideredduringaircrafticingnumericalsimul

4、ation．Thereasonabledropletdistributionisimportanttoensuretheaccuracyofnumericalsimulation．BasedontheflowfieldcalculatedbysolvingN—Sequations，droplettrajectoriesinLagrangianmethodandiceaccre—tionusingMessingermodelareobtainedandtheeffectsofdifferentdropletdistributionsonicingnumeri—cal

5、simulationarestudied．Theresultshowsthattheseeffectscannotbeignored．AndusingLangmuirDtodescribethepracticaldropletdistributioncansatisfytheaccuracyneeds．Keywords：numericalsimulation；aircrafticing；dropletimpingementcharacteristics；multi—disperseddistribution；icashape飞机结冰过程是飞行参数、气象参数、部件几

6、何参数及时间的复杂动态函数，其中任何一个参数变化都会引起结冰冰形的改变，因此，为了尽可能地准确模拟结冰过程，研究影响结冰过程状态参数是非常必要的。本文主要研究了气象参数之一水滴直径对结冰增长过程的影响。实际飞行中，云层内水滴的分布是不均匀的，而在结冰数值模拟中，通常假定云层中水滴均匀分布，并用平均容积直径(MVD)来表示。本文分别采用平均容积直径和多尺寸水滴直径分布计算了水滴撞击特性及结冰冰形，将计算结果与冰风洞(IRT)试验结果进行对比，说明了水滴多尺寸分布对结冰数值模拟有着不容忽视的影响，且LangmuirD分布既能满足工程精度要求，又保证了计算效率。1结冰数

7、值模拟方法简介结冰数值模拟包括4个模块：计算域内网格生成；部件周围流场计算；水滴轨迹和撞击特性计算；水滴结冰增长模拟。飞机结冰是一个动态过程，经收稿日期：2009—11—19；修订日期：2010—03—17作者简介：朱程香，女，博士研究生，1984年5月生；朱春玲(联系人)，女，教授，博士生导师，E—mail；clzhu@nuaa．edu．cn。第5期朱程香，等：水滴多尺寸分布对水滴撞击特性和结冰增长的影响621过一定时间后，由于冰层的积累，表面气动外形发生变化，并对流场、水滴轨迹和结冰冰形产生影响。为提高计算准确性，一定时间后，须对部件外形进行重构，并重新计算流

8、场、撞击特