本文關(guān)鍵詞：機(jī)翼結(jié)冰粗糙度及對流換熱研究

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【摘要】：飛機(jī)在含有過冷水滴的云層中飛行時(shí),水滴撞擊在迎風(fēng)表面后凍結(jié)發(fā)生結(jié)冰。結(jié)冰積累導(dǎo)致飛機(jī)表面高低不平,粗糙度增加。結(jié)冰表面粗糙度影響飛機(jī)表面的氣流流動(dòng),使得氣流邊界層的轉(zhuǎn)捩位置前移,并且會(huì)強(qiáng)化飛機(jī)表面與氣流之間的對流換熱。在結(jié)冰計(jì)算中,粗糙度和對流換熱過程對生成的冰量和冰形有很大影響,因此,考慮粗糙度產(chǎn)生的原因及衡量方法,并將改進(jìn)的粗糙度模型嵌入現(xiàn)有的結(jié)冰計(jì)算模型中可以提高結(jié)冰預(yù)測結(jié)果的準(zhǔn)確性。本文的主要內(nèi)容為:首先對飛機(jī)結(jié)冰過程中粗糙度的產(chǎn)生原因、衡量方法及其對結(jié)冰過程的影響進(jìn)行了介紹,并對對流換熱系數(shù)的概念和影響因素進(jìn)行了概述。第二章介紹了結(jié)冰數(shù)值模擬流程,針對其中的結(jié)冰計(jì)算模塊,詳細(xì)闡述了現(xiàn)有的兩大結(jié)冰預(yù)測模型:Messinger模型和基于液態(tài)水的水膜結(jié)冰模型,利用兩種模型對機(jī)翼結(jié)冰進(jìn)行預(yù)測,通過計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)對比,得出每種模型適合求解的結(jié)冰類型,從提高計(jì)算精度的角度將兩種模型結(jié)合。第三章闡述了飛機(jī)結(jié)冰數(shù)值模擬中三種粗糙度計(jì)算模型:等效砂礫粗糙度模型、基于表面幾何的粗糙度模型和基于表面液態(tài)水分布的粗糙度模型,對比分析不同計(jì)算方法的適用范圍,進(jìn)而提出了一種多因素影響的粗糙度計(jì)算模型。第四章針對機(jī)翼結(jié)冰數(shù)值模擬過程,比較和分析不同對流換熱系數(shù)的求解方法,即FLUENT軟件計(jì)算法和邊界層積分法,分析影響FLUENT計(jì)算結(jié)果的參數(shù)和設(shè)置,并分析軟件計(jì)算得到的對流換熱系數(shù)不能用在結(jié)冰模擬中的原因。第五章將第三章提出的粗糙度模型和第四章得到的適用于結(jié)冰計(jì)算的對流換熱系數(shù)計(jì)算方法嵌入到改進(jìn)的水膜結(jié)冰模型中,針對NACA0012翼型開展了各典型結(jié)冰狀態(tài)下的冰形計(jì)算,將計(jì)算結(jié)果同冰風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)結(jié)果和原有水膜結(jié)冰模型計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對比,結(jié)果表明本文建立的基于多因素影響的粗糙度模型嵌入到改進(jìn)的水膜結(jié)冰模型后可以提高各種冰型的模擬準(zhǔn)確度,從而驗(yàn)證了本文模型的正確性。最后總結(jié)本文的工作,指出新的結(jié)冰計(jì)算模型能夠提高結(jié)冰預(yù)測的精度,對未來防除冰系統(tǒng)的設(shè)計(jì)具有指導(dǎo)意義。
【關(guān)鍵詞】：飛機(jī)結(jié)冰 結(jié)冰模型 粗糙度 對流換熱系數(shù) 多因素
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：V321.229
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-14
• 第一章 緒論14-23
• 1.1 表面粗糙度對飛機(jī)結(jié)冰的影響14-16
• 1.1.1 結(jié)冰表面粗糙度的形成14-15
• 1.1.2 表面粗糙度的衡量及對結(jié)冰過程的影響15-16
• 1.2 飛機(jī)結(jié)冰中的對流換熱過程16-19
• 1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀19-21
• 1.4 本文研究目的及研究內(nèi)容21-23
• 第二章 機(jī)翼結(jié)冰數(shù)值模擬23-41
• 2.1 引言23
• 2.2 國內(nèi)外研究概況23-25
• 2.3 結(jié)冰數(shù)值模擬25-28
• 2.3.1 網(wǎng)格生成模塊25-26
• 2.3.2 流場計(jì)算模塊26-27
• 2.3.3 水滴撞擊特性計(jì)算模塊27
• 2.3.4 冰形計(jì)算模塊27-28
• 2.3.5 模型重構(gòu)模塊28
• 2.4 結(jié)冰模型28-37
• 2.4.1 Messinger結(jié)冰模型28-32
• 2.4.2 基于液態(tài)水的結(jié)冰模型32-37
• 2.5 結(jié)冰計(jì)算及分析37-39
• 2.6 本章小結(jié)39-41
• 第三章 結(jié)冰粗糙度計(jì)算模型41-48
• 3.1 引言41
• 3.2 等效砂礫粗糙度模型41-43
• 3.3 基于表面幾何的粗糙度模型43-44
• 3.4 三種液態(tài)水形態(tài)下的表面粗糙度模型44-45
• 3.4.1 水膜流動(dòng)區(qū)44-45
• 3.4.2 溪流流動(dòng)區(qū)45
• 3.4.3 水珠覆蓋區(qū)45
• 3.5 多因素影響的粗糙度模型45-47
• 3.5.1 結(jié)冰類型劃分46
• 3.5.2 表面液態(tài)水和干斑影響的粗糙度計(jì)算方法46-47
• 3.6 本章小結(jié)47-48
• 第四章 結(jié)冰中的對流換熱系數(shù)計(jì)算48-59
• 4.1 引言48
• 4.2 FLUENT軟件及其對流換熱計(jì)算48-51
• 4.2.1 FLUENT軟件簡介48-49
• 4.2.2 FLUENT對流換熱計(jì)算49-51
• 4.3 改進(jìn)的邊界層積分法51-55
• 4.3.1 轉(zhuǎn)捩區(qū)的確定52-53
• 4.3.2 層流對流換熱系數(shù)53
• 4.3.3 湍流對流換熱系數(shù)53-54
• 4.3.4 摩擦系數(shù)54
• 4.3.5 粗糙表面Stanton數(shù)54-55
• 4.3.6 求解步驟55
• 4.4 對流換熱計(jì)算及分析55-57
• 4.5 本章小結(jié)57-59
• 第五章 改進(jìn)的結(jié)冰計(jì)算模型59-68
• 5.1 引言59
• 5.2 改進(jìn)的結(jié)冰模型59-65
• 5.2.1 初始水膜厚度59-61
• 5.2.2 凍結(jié)系數(shù)求解61-62
• 5.2.3 控制方程組62-63
• 5.2.4 結(jié)冰多步長計(jì)算63-65
• 5.3 結(jié)冰計(jì)算及分析65-66
• 5.4 本章小結(jié)66-68
• 第六章 總結(jié)與展望68-70
• 6.1 總結(jié)68-69
• 6.2 展望69-70
• 參考文獻(xiàn)70-75
• 致謝75-76
• 在學(xué)期間的研究成果及發(fā)表的學(xué)術(shù)論文76

【參考文獻(xiàn)】

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中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 檀妹靜;飛機(jī)結(jié)冰中的水膜模型研究[D];南京航空航天大學(xué);2013年

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