结构参数对热气防冰系统性能影响的数值模拟

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1、结构参数对热气防冰系统性能影响的数值模拟木NumericalSimulatiOnOfImpactOfStructureParameterOnHOtAirAnti-IcingSystemPerformance西北工业大学力学与土木建筑学院飞行器可靠性工程研究所姚会举刘永寿张峰南华[摘要】建立某型防冰腔的CFD分析模型，研究射流孔孔径d、射流孔与热气冲击面间距日以及射流孔排列形式对蒙皮的换热系数和防冰效率的影响规律。分析表明：d与日的比值是影响防冰腔性能的重要因素，棚越大，换热效果越好，防冰系统的防冰效率也相应降低；采用交叉排列的笛

2、形管模型换热系数与传热效率比同等条件下平行排列的模型效果好。研究结果为防冰腔的改进设计提供了指导。关键词：热气防冰传热系数传热效率【ABSTRACT】Acertaintypeofanti—icingCFDanalysismodelofcavityisestablished，theefrectsofjetnozzlediameter(印，spacing(爿r)ofjetnozzletotarget，andstmctureofjetnozzleonheattransfercoefflcientande伍ciencyareinvest

3、igated．Analysisshowsthat：Theratioofdto日ismemainfactorthatin丑uencesthepropertiesofanti—icingcaVity，andtheratioofdtoHisbigger，theheattransfbreff．ectisbetterhowever’thee伍ciencvofanti．icingsystemalsoreducedaccordingly；Bothheattransfercoe伍cientandthemlale珩ciencyofstaggere

4、dpiccolotubemodelaregreaterthanthatofparallelpiccolotubemodelunderthesamecondition．TheresultspmVideguidancefortheant卜lcmgcaVlt)rlmproVeddeslgn．Keywords：Hotairanti-icingHeattransfercoef-6cientThermale伍ciencyDoI：10．16080／j．issnl671—833x．2015．15．046飞机以亚音速在含过冷水滴的云层中飞行时，由

5、于云层中过冷水滴对机翼的撞击作用，可能发生机翼积冰现象，而机翼积冰会对飞机产生很大的危害，不仅增加飞机负重，而且会使飞机的空气动力学性能恶化，升力减小，阻力增大，轻者影响飞机的稳定性和操作性，重者甚至会引发机毁人亡的飞行事故”。2l。}航空科学基金项目(201lzA53014)；西北工业大学基础研究基金项目(Jc20110255，Jc20100232)；西北工业大学研究生创业种子基金项目(z2013054)资助。46航空制造技术-2015年第15期防冰系统性能的好坏直接影响着飞机的防／除冰能力，进而影响飞行安全，其设计一直是生命

6、保障和环控系统设计的一个重要组成部分f3l。飞机防冰系统按防／除冰方式的不同可分为机械除冰、液体防冰、电热防／除冰和热气防／除冰。由于稳定性、简易性以及经济性等方面的优势，大部分现役客机机翼采用热气防冰系统。然而，热气防冰系统存在着防冰热气有效利用率不高，大量热气未经充分利用即被排出的缺陷。因此，为提高飞机性能，研究防冰腔结构对热气防冰系统性能的影响有重要意义。有关机翼气热防／除冰的理论、试验以及仿真分析也得到了广泛开展。Planquart等H1采用热薄膜方法，借助红外温度记录仪试验测得了叉排直喷式热气防冰腔内蒙皮表面的换热系数

7、分布情况，并与Fluent仿真结果一致，得出防冰腔的换热性能与射流孑L的弦向和展向分布间距以及热气的冲击雷诺数有关。Farooq等口1利用一种基于基因算法的优化程序确定了热气防冰腔的典型参数，并通过算例验证了算法的可行性。卜雪琴等嘲对热气防冰系统中短小销钉对强化传热性能的影响进行了研究。结构参数对直喷式双蒙皮防冰腔防冰热性能的影响目前在国内的研究还不多见。本文通过数值模拟来评估射流孔到蒙皮冲击面距离日和射流孔孑L径d对防冰热性能的影响。采用计算流体力学CFD方法，对不同结构尺寸的直喷式双蒙皮防冰腔进行了仿真，目的是获得不同结构尺

8、寸因素对强化传热系数和防冰效率的影响，为热气防冰系统的设计和优化提供指导。1数学模型由于防冰腔内为射流孑L高速喷出的热气，热气在防冰腔内流动，受腔内结构、热气速度的影响，其流动形式为湍流，为准确模拟热气在防冰腔内的流动，仿真计算采用Spalart—Allaras