液态水含量对防冰表面水膜流动换热的影响

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1、第42卷第1期2016年2月航空发动机AeroengineV01．42No．1Feb．2016液态水含量对防冰表面水膜流动换热的影响郑梅，朱剑望，董威(上海交通大学机械与动力工程学院，上海200240)摘要：为了研究液态水含量对防冰表面水膜流动换热的影响，基于机翼防冰表面水膜及空气相互作用机理，并考虑水膜表面传热传质过程，建立了水膜与空气的流动换热模型，得到溢流水膜及空气边界层流动换热的积分控制方程，通过对比文献试验结果验证了模型的准确性。在此基础上，比较了不同液态水含量条件下防冰表面水膜厚度及主要热流量的分布情况。结果表明：液态水含量对水膜沿表面厚度分布有明显影响，而对换热过程中各项热流

2、的影响主要集中在水滴撞击区域，加热热流与散热热流随液态水含量的增加呈现相反的变化趋势。关键词：水膜；防冰；流动换热；液态水含量；飞机中图分类号：V211．3文献标识码：Adoi：10．13477Q．cnki．aeroengine．2016．01．012InfluenceofLiquidWaterContentonFlowandHeatTransferofWaterF．

3、monAnti-IcingSurfacesZHENGMei，ZHUJian-jun，DONGWei(SchoolofMechanicalEngineering，ShanghaiJiaoTongUniversity，Shang

4、hai200240，China)Abstract：Inordertostudytheeffectofliquidwatercontentonflowandheattransferofwaterfilmonanti—icingsurface，amathematicalmodelwasdevelopedbasedOiltheinteractionmechanismofthewaterfilmandairboundarylayerandconsideringthemassandheattransferofthewaterfilm．Governingequationsofwaterfilmanda

5、irflowinthemodelwerebothinintegralform．Thevalidationofthemodelwascarriedoutbythecomparisonbetweenthecomputationofthemodelandthemeasurementdatafromthereference．Onthisbasis，thefilmthicknessandmainheatfluxdistributionontheanti—icingsurfaceunderdifferentliquidwatercontentswerecompared．Resultsshowthatt

6、hethicknessdistributionofthewaterfilmisaffectedobviouslybyliquidwatercontentwhiletheiniluencefortheheattransfermainlyconcentratesonthedropletsimpingementregion．Inaddition，theoppositetrendcanbeobservedinthedistributionsoftheheatingheatfluxesandheatlosseswithliquidwatercontentincreasing．Keywords：wat

7、erfilm；anti-icing；flowandheattransfer；liquidwatercontent；aircraftO引言结冰是影响飞行安全的一大隐患。当飞机穿越由亚稳态过冷水滴组成的云团时，部件迎风表面就容易结冰【1]。气动面结冰会破坏飞机的气动外形，影响其稳定性和操纵性；发动机进口部件结冰会改变发动机进气条件，造成进气畸变和推力减小；近些年来，甚至还发生过由于结冰而直接引发的坠机事故[2-3]。热气防冰系统是目前用于防止飞机结冰而使用最为广泛且技术最为成熟的装置。该系统从发动机压气机中引出带有一定压力的热空气，对防冰部件表面进行加热，使得撞击表面的过冷水滴受热蒸发，从而避

8、免结冰14]。热气防冰系统能够处于2种工作状态，完全蒸发系统能够完全蒸发部件表面的撞击水，而不完全蒸发系统则允许部件表面溢流水存在151。对于不完全蒸发热气防冰系统，冷水滴撞击防冰表面后，未完全蒸发的液态水在气动力作用下沿表面向后流动，形成溢流水。溢流水膜的流动形态将直接决定可能的结冰区域和所需的防冰区域，同时对防冰部件所需的防冰热流分布造成直接影响。因此，国内外对此开展了收稿日期：2014—11-19基金项目：国家自然