水滴多尺寸分布對水滴撞擊特性和結(jié)冰增長的影響

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1、第42卷第5期2010年lO月南京航空航天大學(xué)JournalofNanjingUniversityofAeronautics學(xué)報&AstronauticsVol-42No．5OCt．2010水滴多尺寸分布對水滴撞擊特性和結(jié)冰增長的影響朱程香孫志國付斌朱春玲(南京航空航天大學(xué)航空宇航學(xué)院，南京，210016)摘要：水滴直徑是影響水滴撞擊特性的重要參數(shù)，而撞擊特性在很大程度上影響結(jié)冰冰形。因此，在結(jié)冰數(shù)值模擬中，如何合理選取水滴分布模型，對于保證計算精度有重要意義。本文基于求解雷諾時均N—S方程獲得的流場結(jié)果，采用拉格朗日法計算水滴撞擊特性，并采用Messinger模

2、型進行結(jié)冰增長模擬，研究了水滴直徑、水滴多尺寸分布對水滴撞擊特性和結(jié)冰冰形的影響。結(jié)果表明，水滴的多尺寸分布對于結(jié)冰數(shù)值模擬結(jié)果具有重要影響，采用LangmuirD分布能夠滿足數(shù)值模擬精度要求。關(guān)鍵詞：數(shù)值模擬；飛機結(jié)冰；水滴撞擊特性；多尺寸分布；冰形中圖分類號：V244．1；V211．3文獻標(biāo)識碼：A文章編號：1005—2615(2010)05—0620—05EffectsofMulti—dispersedImpingementDropletDistributiononDropletandIceAccretionZhuChengxiang，SunZhiguo，F(xiàn)

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飛機結(jié)冰過程是飛行參數(shù)、氣象參數(shù)、部件幾

6、何參數(shù)及時間的復(fù)雜動態(tài)函數(shù)，其中任何一個參數(shù)變化都會引起結(jié)冰冰形的改變，因此，為了盡可能地準(zhǔn)確模擬結(jié)冰過程，研究影響結(jié)冰過程狀態(tài)參數(shù)是非常必要的。本文主要研究了氣象參數(shù)之一水滴直徑對結(jié)冰增長過程的影響。實際飛行中，云層內(nèi)水滴的分布是不均勻的，而在結(jié)冰數(shù)值模擬中，通常假定云層中水滴均勻分布，并用平均容積直徑(MVD)來表示。本文分別采用平均容積直徑和多尺寸水滴直徑分布計算了水滴撞擊特性及結(jié)冰冰形，將計算結(jié)果與冰風(fēng)洞(IRT)試驗結(jié)果進行對比，說明了水滴多尺寸分布對結(jié)冰數(shù)值模擬有著不容忽視的影響，且LangmuirD分布既能滿足工程精度要求，又保證了計算效率。1結(jié)冰數(shù)

7、值模擬方法簡介結(jié)冰數(shù)值模擬包括4個模塊：計算域內(nèi)網(wǎng)格生成；部件周圍流場計算；水滴軌跡和撞擊特性計算；水滴結(jié)冰增長模擬。飛機結(jié)冰是一個動態(tài)過程，經(jīng)收稿日期：2009—11—19；修訂日期：2010—03—17作者簡介：朱程香，女，博士研究生，1984年5月生；朱春玲(聯(lián)系人)，女，教授，博士生導(dǎo)師，E—mail；clzhu@nuaa．edu．cn。第5期朱程香，等：水滴多尺寸分布對水滴撞擊特性和結(jié)冰增長的影響621過一定時間后，由于冰層的積累，表面氣動外形發(fā)生變化，并對流場、水滴軌跡和結(jié)冰冰形產(chǎn)生影響。為提高計算準(zhǔn)確性，一定時間后，須對部件外形進行重構(gòu)，并重新計算流

8、場、撞擊特