机翼结冰过程仿真方法.pdf

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1、第20卷第lO期2008年5月系统仿真学报@JoumaIofSystemSimulationv01．20№．10May，2008一种飞机机翼表面结冰过程仿真方法常士楠，艾素霄，陈余，袁修干(北京航空航天大学航空科学与工程学院。北京100083)摘要：提出了—种适用于各种结冰气象条件下飞初湖翼结冰过程的数值模拟方法．在对水滴撞击区内的机翼表面划分微元控制体进行传热传质分析的基础上，通过合理的冰生长方式．利用漉场计触件玎。uENT的动网桔模型和用户白定义函数(唧)时机翼表面的结水过程进行了模拟；将计算得到的局部收集系数和冰型与国外文献计算结果进行了对比，验证了该方法的正确性和通用性；比校

2、了两种冰生长方式得到的局部收集系数和冰型，结果表明使用冰层沿结冰表面法向的冰生长方式更合理；比较了完全冻结和存在溢流情况的冰型，结果表明不考虑局部收集系数的变化得到的两者的冰型基本一致．关键词：机翼；结冰；FU厄NT；uDF；仿真中图分类号：V241．01文献标识码：A文章编号l100年731x(2008)10-2538．04SimulationApproachofIceAccretiononAirfoilSurfacecHANGSht—nan?，触su—xi∞．cHEN№，YUANxtu—g锨(SchoolofAc∞naudcsci如∞andEngi】1e嘶ng，Be埒inguni

3、Vc倦时ofAc∞n叫血s姐dAsⅡD蛆utics。BeUing100083，china)AbsmId：Anum丽calsimulationappmachw硒pres饥tcdt0simulatetlleice∽cretiononairf研l，whichdealtwi也Ⅱlewayoficeacc∞tionunder—variousamlosphericconditions．B硒edonconservadonofⅡIassandenergyinasetofdetcminedcon们lvolumes，妇口∞陀ffDnw甜s咖“缸把dw触由船小jc批咖瑚如f删d．“占erdP，iMd肋”f

4、f伽r叻州伽兄唧伽prDp口r记已P，Dw伽2m优拓．Agreementof血eresultsof10calcollectione侬ciencies柚dsimulatediceshapewittl山oseof∞fbrcnceshowsmatthemctllodiscorrect姐dg∞eral．Thecomp鲥sonofresultsof铆oice羽的wingmodIcshowsitismorelogicalmattheiceis锄：c∞tedalongthenomlaloft11eicedsⅢfhce．Whilelocalcollectionef!ficienciesarecons

5、taIlt’tlleiceshapewimnowat盯mnningalongthesurfac嚣isverysiTIlil盯tothatwiⅡ1water邝mlingalongthesmface．Key啪rds：amilsu舭e：icc：FLUIWT：UDF：simulation引言机翼是飞机获得升力的主要部件，其表面结冰是飞机结冰中最危险的情况之一。机翼表面结冰会严重影响飞行完全。因此，机翼表面结冰过程研究是防冰系统设计中十分重要的方面。国外在飞机结冰的数值模拟研究中，开发了一些结冰计算软件，如美国um怔E，英国的DRA，法国的0NERA，意大利的C瓜．AM几，加拿大的唧sAP-I

6、cE。国内近些年来在结冰数值仿真方面投入也渐多。本文通过对水滴撞击区内的机翼表面划分微元控制体进行传热传质分析，得到各个微元控制体的结冰量；通过两种冰生长方式，利用FU甩NT的动网格模型和二次开发工具UDF对机翼表面的结冰过程进行了模拟。1机翼表面的热质分析．在水滴撞击特性研究【l】的基础上对机翼表面进行传热传质分析【21可以得到结冰分布，为建立冰生长模型奠定了基础。撞击范围内的机翼表面上收集到的过冷水量不是均匀的，因为局部收集系数不是一个常数，对机翼表面进行传热传质分析的时候需要对撞击范围内的机翼表面划分微元控制体，如图1所示。为了减少插值误差，机翼表面微元控制体节点设定为与机翼表

7、面网格节点一致。对机翼表面的热质分析就是对每个微元控制体进行热量平衡和质量平衡分析。图1机翼表面的微元控制体图2给出了机翼表面上的主要热流：对流换热比热流吼～(w／m2)；由于附面层摩擦引起的气动加热比热流钆。(w／小2)；机翼表面上水蒸发所需的比热流g。坤(叫小2)；加热所收集水的比热流吼(Ⅳ／卅2)；水滴动能转变成的比热流‰．fⅣ／小2)；机翼表面向环境的辐射比热流鼋，(w／m2)；机翼表面上水结冰时放出的融解热比热流g舡(w／m2)；机翼表面内部加热