本文關(guān)鍵詞：過冷大水滴動力學(xué)特性的溫度影響實驗研究

  更多相關(guān)文章： 結(jié)冰 過冷大水滴 動力學(xué)特性 溫度 實驗研究 子液滴分布模型

【摘要】：近些年因過冷大水滴(Supercooled Large Droplet,以下簡稱SLD)結(jié)冰造成的飛行事故引起了人們的高度關(guān)注和研究熱潮。SLD是指云層中平均直徑超過100?m的過冷水滴,其區(qū)別于小水滴的主要特征是具有明顯變形、破碎、飛濺等動力學(xué)行為,這類水滴的結(jié)冰會使大多數(shù)的防除冰系統(tǒng)無法實現(xiàn)完全除冰,造成飛機(jī)氣動性能的急劇下降,特別是飛機(jī)發(fā)動機(jī)部件的SLD結(jié)冰,會使發(fā)動機(jī)進(jìn)氣道流場特性發(fā)生巨大變化,降低進(jìn)氣道效率,冰脫落更是容易損壞葉片,嚴(yán)重時甚至?xí)䦟?dǎo)致發(fā)動機(jī)熄火,極大地威脅飛行安全。國內(nèi)外SLD動力學(xué)研究幾乎都是在常溫下開展實驗研究,結(jié)冰模擬采用的SLD動力學(xué)模型也都是從常溫實驗數(shù)據(jù)中統(tǒng)計獲得的。而真實飛機(jī)結(jié)冰的環(huán)境溫度通常在0℃~-20℃,SLD處于這種低溫環(huán)境下的物理性質(zhì)、內(nèi)壓分布以及周圍介質(zhì)(空氣)物性的變化,會對水滴的變形、破碎、飛濺等動力學(xué)特性產(chǎn)生一定的影響,進(jìn)而對飛機(jī)結(jié)冰產(chǎn)生影響。因此低溫環(huán)境下SLD動力學(xué)特性的變化,對傳統(tǒng)SLD動力學(xué)模型的修正有著重要意義。本項研究緊緊圍繞溫度這一影響因素,以常、低溫對比實驗為研究途徑,開展了不同溫度下的SLD動力學(xué)特性研究。通過設(shè)計使水滴發(fā)生破碎的快速收縮風(fēng)道,采用壓電式的水滴發(fā)生方式以及高速攝像技術(shù),解決了水滴直徑、速度控制以及水滴圖像捕獲的技術(shù)難題,同時通過氣流標(biāo)定、水滴圖像處理技術(shù)和建立水滴熱傳導(dǎo)模型解決了水滴直徑、速度、溫度以及水滴周圍氣流速度等系列參數(shù)的測量問題,并完成了實驗系統(tǒng)和方法的可行性和可靠性驗證。在不同環(huán)境溫度下開展了SLD動力學(xué)特性對比實驗,實驗研究表明:隨著環(huán)境溫度的降低,水滴變形率、水滴臨界變形率、阻力系數(shù)(參考當(dāng)?shù)厮賶杭俺跏妓握队懊娣e)都有所減小,特別是在水滴初始變形階段溫度影響較為明顯;不論袋式破碎還是蕊式破碎,低溫下水滴破碎范圍更小,水滴破碎時間更長;其次還發(fā)現(xiàn)蕊式破碎更易發(fā)生二次破碎,蕊式破碎對溫度變化更加敏感。本項研究的主要創(chuàng)新點一是發(fā)現(xiàn)了低溫環(huán)境下SLD新的物理現(xiàn)象和規(guī)律;二是基于TAB破碎模型,修正了水滴臨界變形率bC,建立了臨界變形率的溫度影響模型;三是初步建立了常溫、低溫下,水滴袋式破碎和蕊式破碎后子液滴的均勻分布模型,該模型更進(jìn)一步的描述了水滴破碎的真實物理過程,對水收集系數(shù)、水滴撞擊極限、結(jié)冰防護(hù)范圍都會產(chǎn)生一定影響,使現(xiàn)有防冰系統(tǒng)設(shè)計面臨新的挑戰(zhàn)。
【關(guān)鍵詞】：結(jié)冰 過冷大水滴 動力學(xué)特性 溫度 實驗研究 子液滴分布模型
【學(xué)位授予單位】：中國空氣動力研究與發(fā)展中心
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：V321.229
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 符號說明9-11
• 第一章 引言11-19
• §1.1 研究背景及意義11-12
• §1.2 國外研究現(xiàn)狀12-15
• §1.2.1 SLD數(shù)值模擬12
• §1.2.2 SLD實驗研究12-15
• §1.3 國內(nèi)研究現(xiàn)狀15-17
• §1.3.1 SLD數(shù)值模擬15-16
• §1.3.2 SLD實驗研究16-17
• §1.4 本文的研究思路17-18
• §1.5 本文的主要工作18-19
• 第二章 SLD動力學(xué)特性實驗系統(tǒng)研究19-31
• §2.1 總體設(shè)計19-20
• §2.1.1 設(shè)計指標(biāo)20
• §2.1.2 設(shè)計要求20
• §2.2 風(fēng)洞系統(tǒng)20-25
• §2.2.1 風(fēng)道設(shè)計20-23
• §2.2.2 動力系統(tǒng)23-24
• §2.2.3 制冷系統(tǒng)24-25
• §2.3 水滴發(fā)生系統(tǒng)研制25-29
• §2.3.1 壓電式水滴發(fā)生器25-27
• §2.3.2 供水系統(tǒng)27-29
• §2.4 高速攝像系統(tǒng)29-30
• §2.4.1 高速攝像機(jī)29-30
• §2.4.2 鏡頭選取30
• §2.5 本章小結(jié)30-31
• 第三章 SLD動力學(xué)特性實驗方法研究31-49
• §3.1 風(fēng)速測量31-33
• §3.1.1 測量方法31-32
• §3.1.2 標(biāo)定結(jié)果32-33
• §3.2 水滴圖像處理33-40
• §3.2.1 圖像處理方法33-39
• §3.2.2 水滴直徑測量39-40
• §3.2.3 水滴速度測量40
• §3.3 水滴溫度估算40-44
• §3.3.1 估算方法40-43
• §3.3.2 估算結(jié)果43-44
• §3.4 系統(tǒng)及方法驗證44-48
• §3.4.1 流場模擬44-47
• §3.4.2 驗證實驗47-48
• §3.5 本章小結(jié)48-49
• 第四章 SLD溫度影響實驗與特性分析49-77
• §4.1 SLD動力學(xué)基本理論49-53
• §4.1.1 無量綱數(shù)49-50
• §4.1.2 水滴運(yùn)動方程50-51
• §4.1.3 水滴阻力51-52
• §4.1.4 水滴阻力系數(shù)52-53
• §4.2 溫度影響實驗53-56
• §4.2.1 實驗系統(tǒng)53-54
• §4.2.2 測試系統(tǒng)54-56
• §4.2.3 實驗方案56
• §4.3 水滴變形率溫度影響特性56-63
• §4.3.1 溫度對變形率的影響分析56-61
• §4.3.2 臨界變形率bC溫度影響模型61-63
• §4.4 水滴阻力系數(shù)溫度影響特性63-65
• §4.4.1 阻力系數(shù)63-65
• §4.4.2 內(nèi)插因子65
• §4.5 水滴破碎時間溫度影響特性65-68
• §4.5.1 破碎時間理論65-66
• §4.5.2 溫度對破碎時間的影響分析66-68
• §4.6 水滴破碎范圍溫度影響特性68-74
• §4.6.1 溫度對破碎范圍的影響分析68-71
• §4.6.2 子液滴分布模型71-74
• §4.7 本章小結(jié)74-77
• 第五章 總結(jié)與展望77-79
• §5.1 總結(jié)77-78
• §5.2 展望78-79
• 參考文獻(xiàn)79-83
• 致謝83-84
• 個人簡歷84

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本文編號：803571