發(fā)布時(shí)間：2018-06-25 14:12

  本文選題：飛機(jī)防冰 + 水膜流動(dòng)��； 參考：《上海交通大學(xué)》2015年碩士論文

【摘要】：飛機(jī)及發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)口部件結(jié)冰是影響飛行安全的重大隱患之一。通常認(rèn)為,結(jié)冰發(fā)生的原因是云層中含有溫度低于冰點(diǎn)的亞穩(wěn)態(tài)液態(tài)水,當(dāng)飛機(jī)穿越由這些過冷水滴組成的云團(tuán)時(shí),便會(huì)在迎風(fēng)部件表面發(fā)生結(jié)冰現(xiàn)象。研究表明,飛機(jī)結(jié)冰會(huì)破壞飛機(jī)的氣動(dòng)外形,并影響其操縱性和穩(wěn)定性;嚴(yán)重的結(jié)冰可能造成機(jī)毀人亡的重大飛行事故。為了保證飛行安全,現(xiàn)代飛機(jī)的設(shè)計(jì)都嚴(yán)格執(zhí)行相關(guān)部門頒布的結(jié)冰條件適航規(guī)定,采用防、除冰系統(tǒng)來保障結(jié)冰環(huán)境條件下的安全飛行。目前在大型商用飛機(jī)上,普遍采用熱氣防冰系統(tǒng)。熱氣防冰系統(tǒng)通常從飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的壓氣機(jī)中引出帶有一定壓力的熱空氣,加熱需要防冰的部件,保證部件表面的溫度在冰點(diǎn)以上,從而避免撞擊到部件表面的過冷水滴在其表面發(fā)生凍結(jié)。對(duì)于不完全蒸發(fā)熱氣防冰系統(tǒng),當(dāng)過冷水滴撞擊到熱氣防冰表面后,未完全蒸發(fā)的液態(tài)水在氣動(dòng)力作用下沿機(jī)翼表面向后流動(dòng)形成溢流水。溢流水的流動(dòng)換熱特性對(duì)確定熱防冰系統(tǒng)的加熱區(qū)域和加熱功率具有重要的影響。因此,研究考慮水膜效應(yīng)的防冰表面流動(dòng)換熱現(xiàn)象具有十分重要的理論意義和工程實(shí)用價(jià)值。本文主要圍繞飛機(jī)防冰表面的水膜流動(dòng)換熱現(xiàn)象展開,對(duì)考慮水膜效應(yīng)的防冰表面流動(dòng)換熱機(jī)理進(jìn)行研究。主要研究?jī)?nèi)容如下:首先,本文對(duì)國(guó)內(nèi)外水膜流動(dòng)換熱研究進(jìn)展進(jìn)行了簡(jiǎn)要的回顧,介紹了研究所涉及的一些基本概念和基本研究方法。在此基礎(chǔ)上,以ANSYS FLUENT軟件作為平臺(tái),實(shí)現(xiàn)了空氣流場(chǎng)計(jì)算和水滴撞擊特性計(jì)算,為進(jìn)一步開展防冰表面的水膜流動(dòng)換熱研究創(chuàng)造了條件。其次,本文基于機(jī)翼表面水膜及空氣相互作用機(jī)理,建立了水膜與空氣的流動(dòng)換熱模型。防冰表面水膜流動(dòng)換熱模型考慮了氣動(dòng)剪切力對(duì)水膜流動(dòng)的驅(qū)動(dòng)效應(yīng)、水膜表面的對(duì)流換熱和汽化潛熱,得到了溢流水膜及空氣邊界層流動(dòng)換熱的控制方程。通過與相關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的對(duì)比,對(duì)所提出的計(jì)算模型的準(zhǔn)確性進(jìn)行了驗(yàn)證,并為進(jìn)一步研究不同防冰狀態(tài)下的水膜流動(dòng)換熱過程奠定了基礎(chǔ)。再次,在防冰表面水膜流動(dòng)換熱模型的基礎(chǔ)上,提出了連續(xù)水膜破裂后溪流流動(dòng)的物理模型以及水膜破裂模型,并將計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)翼型表面溪流流態(tài)分布的測(cè)量結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,驗(yàn)證了水膜破裂模型的有效性。最后,基于本文提出的二維水膜流動(dòng)換熱模型以及水膜破裂模型,研究了不同防冰條件對(duì)水膜流動(dòng)換熱、水膜破裂和溪流形態(tài)的影響。本文所提出的分析方法及結(jié)果在一定程度上對(duì)防冰系統(tǒng)的設(shè)計(jì)可以提供參考和借鑒。由于水膜流動(dòng)現(xiàn)象涉及多學(xué)科的交叉,物理機(jī)理非常復(fù)雜,因此本文所建立的二維水膜流動(dòng)換熱模型及水膜破裂模型必定還有需要完善及擴(kuò)展之處。
[Abstract]:The icing of aircraft and engine inlet parts is one of the major hidden dangers affecting flight safety. It is generally believed that ice formation occurs because the clouds contain metastable liquid water with temperatures below the freezing point. When an aircraft passes through a cloud consisting of these subcooled water droplets, it will freeze on the surface of the upwind components. The research shows that the aircraft icing will destroy the aerodynamic shape of the aircraft and affect its maneuverability and stability. In order to ensure flight safety, modern aircraft design strictly implements the airworthiness regulations of icing conditions promulgated by relevant departments, and adopts anti-icing and deicing systems to ensure safe flight under the conditions of icing environment. At present, hot air ice-proof system is widely used on large commercial aircraft. The hot air anti-ice system usually draws hot air with a certain pressure from the compressor of the aircraft engine to heat the parts that need to be ice-proof, so as to ensure that the surface temperature of the parts is above freezing point. In order to avoid the impact on the surface of the subcooled water droplets frozen on its surface. For the incomplete evaporative hot gas anti-ice system, when the subcooled water droplets hit the hot air anti-ice surface, the incomplete evaporated liquid water flows backward along the wing surface under the aerodynamic force to form overflow water. The flow heat transfer characteristics of overflow water play an important role in determining the heating region and heating power of thermal ice proof system. Therefore, it is of great theoretical significance and practical value to study the flow heat transfer on ice-resistant surface considering the effect of water film. In this paper, the heat transfer mechanism of the anti-ice surface flow heat transfer considering the water film effect is studied. The main research contents are as follows: firstly, the research progress of water film flow heat transfer at home and abroad is briefly reviewed, and some basic concepts and research methods involved in the study are introduced. On this basis, using ANSYS fluent software as the platform, the calculation of air flow field and water droplet impact characteristics is realized, which creates the conditions for further research on the flow heat transfer of water film on the ice-proof surface. Secondly, based on the mechanism of water film and air interaction on the wing surface, a flow heat transfer model of water film and air is established. The driving effect of aerodynamic shear force on water film flow is considered in the model of water film flow heat transfer on ice-proof surface. The governing equations of heat transfer of overflow water film and air boundary layer are obtained by convection heat transfer and latent heat of vaporization on water film surface. By comparing with the experimental data, the accuracy of the proposed model is verified, and the foundation is laid for the further study of the flow heat transfer process of water film under different ice-resistant conditions. Thirdly, on the basis of the heat transfer model of water film flow on ice-proof surface, the physical model of stream flow after continuous water film rupture and the water film rupture model are proposed. The validity of the water film rupture model is verified by comparing the calculated results with the measured results of stream flow distribution on the surface of the experimental airfoil. Finally, based on the two-dimensional water film flow heat transfer model and the water film rupture model, the effects of different anti-ice conditions on the water film flow heat transfer, water film rupture and stream morphology are studied. The analytical methods and results presented in this paper can be used for reference in the design of anti-ice system to some extent. Because the phenomenon of water film flow involves the intersection of many disciplines and the physical mechanism is very complex, the two-dimensional water film flow heat transfer model and the water film rupture model established in this paper must be perfected and expanded.
【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：V244.15;V233.94

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本文編號(hào)：2066275