結(jié)冰現(xiàn)象對(duì)于飛行安全來(lái)說(shuō)是一個(gè)重大的威脅。當(dāng)飛機(jī)在結(jié)冰氣象條件下飛行時(shí),如不采取適當(dāng)?shù)姆辣胧?飛機(jī)迎風(fēng)部件表面就會(huì)發(fā)生結(jié)冰。近年來(lái),由于結(jié)冰引發(fā)的飛行安全事故仍在國(guó)內(nèi)外多次發(fā)生,因此飛行結(jié)冰和防冰依然是國(guó)內(nèi)外學(xué)者廣泛關(guān)注的一個(gè)熱點(diǎn)問(wèn)題。作為飛行結(jié)冰和防冰問(wèn)題的重要研究手段,數(shù)值模擬技術(shù)在近年來(lái)的結(jié)冰和防冰研究中得到了十分廣泛的應(yīng)用和發(fā)展。本文針對(duì)目前國(guó)內(nèi)外在防冰計(jì)算領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀及其發(fā)展特點(diǎn)和趨勢(shì),以商業(yè)CFD軟件ANSYS Fluent作為開(kāi)發(fā)平臺(tái),圍繞防冰和結(jié)冰模擬的通用計(jì)算方法開(kāi)展了如下研究工作:首先,本文基于ANSYS Fluent軟件的二次開(kāi)發(fā)功能,對(duì)水滴撞擊特性的計(jì)算方法進(jìn)行了詳細(xì)研究,成功地在ANSYS Fluent軟件中實(shí)現(xiàn)了水滴撞擊特性的拉格朗日法和歐拉法計(jì)算。對(duì)于前者,本文基于Fluent軟件的離散相模型獲得了水滴的運(yùn)動(dòng)軌跡,并采用自己發(fā)展的粒子統(tǒng)計(jì)方法實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜三維表面局部水收集系數(shù)的拉格朗日法計(jì)算。對(duì)于后者,本文采用Fluent軟件的用戶自定義標(biāo)量方程對(duì)水滴相運(yùn)動(dòng)的控制方程進(jìn)行了求解,從而可以在Fluent軟件支持的任何坐標(biāo)系及邊界條件下獲得部件表面的局部水收... 

【文章頁(yè)數(shù)】：159 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
符號(hào)說(shuō)明
第一章 緒論
    1.1 背景及意義
    1.2 飛行結(jié)冰機(jī)理及防除冰方法簡(jiǎn)介
        1.2.1 飛行結(jié)冰產(chǎn)生的原因
        1.2.2 影響飛行結(jié)冰的主要因素
        1.2.3 結(jié)冰的分類與危害
        1.2.4 主要防/除冰系統(tǒng)簡(jiǎn)介
    1.3 防冰研究的技術(shù)手段
        1.3.1 試驗(yàn)研究技術(shù)
        1.3.2 數(shù)值模擬技術(shù)
    1.4 國(guó)內(nèi)外防冰研究進(jìn)展
        1.4.1 試驗(yàn)研究進(jìn)展
        1.4.2 數(shù)值研究進(jìn)展
    1.5 本文研究的主要內(nèi)容
第二章 水滴撞擊特性的數(shù)值計(jì)算方法研究
    2.1 引言
    2.2 水滴撞擊特性的概念
    2.3 水滴撞擊特性計(jì)算的基本假設(shè)
    2.4 拉格朗日法
        2.4.1 水滴運(yùn)動(dòng)方程及其實(shí)現(xiàn)
        2.4.2 局部水收集系數(shù)計(jì)算
    2.5 歐拉法
        2.5.1 水滴相運(yùn)動(dòng)的控制方程
        2.5.2 水滴相方程的邊界條件
        2.5.3 數(shù)值擴(kuò)散
    2.6 水滴撞擊特性的計(jì)算過(guò)程
    2.7 算例驗(yàn)證
        2.7.1 算例介紹
        2.7.2 計(jì)算結(jié)果
    2.8 本章小結(jié)
第三章 水滴撞擊特性計(jì)算方法的拓展研究
    3.1 引言
    3.2 SLD條件下的水滴撞擊特性計(jì)算
        3.2.1 大水滴運(yùn)動(dòng)中的變形、破碎及阻力模型
        3.2.2 大水滴撞擊壁面后的反彈/飛濺模型
        3.2.3 SLD條件下的水滴撞擊特性算例驗(yàn)證
    3.3 旋成體部件的水滴撞擊特性計(jì)算
        3.3.1 二維軸對(duì)稱坐標(biāo)系下拉格朗日法的初始水滴位置分布
        3.3.2 算例計(jì)算
    3.4 提高歐拉法求解效率的探索性研究——拉格朗日-歐拉復(fù)合解法
        3.4.1 拉格朗日-歐拉復(fù)合解法的主要思想和實(shí)施方法
        3.4.2 光滑NACA0012 翼型的計(jì)算結(jié)果
        3.4.3 帶冰NACA23012 翼型的計(jì)算結(jié)果
    3.5 本章小結(jié)
第四章 防冰部件表面流動(dòng)換熱的計(jì)算方法研究
    4.1 引言
    4.2 防冰表面流動(dòng)換熱的數(shù)學(xué)模型
        4.2.1 Messinger模型
        4.2.2 考慮水膜流動(dòng)的計(jì)算模型
    4.3 表面流動(dòng)換熱計(jì)算的實(shí)現(xiàn)方法
        4.3.1 部件表面溫度計(jì)算的實(shí)現(xiàn)方法及流程
        4.3.2 部件表面水膜質(zhì)量流量的確定方法
        4.3.3 部件表面控制體上溢流水的流量分配方法
    4.4 防冰試驗(yàn)及計(jì)算驗(yàn)證
        4.4.1 試驗(yàn)設(shè)備
        4.4.2 防冰試驗(yàn)件結(jié)構(gòu)及表面溫度的測(cè)量
        4.4.3 試驗(yàn)條件
        4.4.4 誤差分析及抑制措施
        4.4.5 試驗(yàn)過(guò)程
    4.5 計(jì)算設(shè)置與結(jié)果分析
        4.5.1 計(jì)算模型的處理與計(jì)算設(shè)置
        4.5.2 熱氣防冰支板的計(jì)算結(jié)果
        4.5.3 熱氣防冰帽罩的計(jì)算結(jié)果
    4.6 本章小結(jié)
第五章 部件表面水膜流動(dòng)形態(tài)的計(jì)算研究
    5.1 引言
    5.2 水膜破裂前的流動(dòng)過(guò)程與膜厚計(jì)算
        5.2.1 水膜流動(dòng)的連續(xù)性方程
        5.2.2 水膜流動(dòng)的動(dòng)量方程
        5.2.3 水膜流動(dòng)中的厚度計(jì)算
    5.3 水膜破裂后的溪流形態(tài)計(jì)算
        5.3.1 溪流形態(tài)參數(shù)的定義
        5.3.2 破裂后溪流形態(tài)參數(shù)的計(jì)算
    5.4 算例驗(yàn)證
        5.4.1 算例介紹
        5.4.2 翼型表面水膜厚度的計(jì)算結(jié)果
        5.4.3 翼型表面溪流形態(tài)的計(jì)算結(jié)果
    5.5 航空發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣防冰支板表面溪流形態(tài)的計(jì)算研究
        5.5.1 支板表面溪流形態(tài)的計(jì)算條件
        5.5.2 不同壁面溫度下支板表面溪流形態(tài)的計(jì)算結(jié)果
        5.5.3 不同來(lái)流水滴直徑下支板表面溪流形態(tài)的計(jì)算結(jié)果
    5.6 本章小結(jié)
第六章 部件表面結(jié)冰冰形的計(jì)算研究
    6.1 引言
    6.2 部件表面結(jié)冰冰形的預(yù)測(cè)方法
        6.2.1 部件表面結(jié)冰過(guò)程的熱力學(xué)模型及其求解方法
        6.2.2 結(jié)冰后部件表面幾何的更新方法
        6.2.3 部件表面結(jié)冰預(yù)測(cè)的計(jì)算過(guò)程
    6.3 算例驗(yàn)證
        6.3.1 驗(yàn)證算例介紹
        6.3.2 翼型表面結(jié)冰冰形的驗(yàn)證計(jì)算結(jié)果
    6.4 航空發(fā)動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)帽罩表面結(jié)冰冰形的計(jì)算研究
        6.4.1 結(jié)冰帽罩算例介紹
        6.4.2 計(jì)算結(jié)果與分析
    6.5 航空發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇葉片表面結(jié)冰冰形的計(jì)算研究
        6.5.1 結(jié)冰葉片算例介紹
        6.5.2 計(jì)算結(jié)果與分析
    6.6 本章小結(jié)
第七章 總結(jié)與展望
    7.1 全文工作回顧與總結(jié)
    7.2 本文的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)
    7.3 未來(lái)工作展望
參考文獻(xiàn)
致謝
攻讀博士學(xué)位期間所取得的科研成果


【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]飛機(jī)防冰——從傳統(tǒng)到仿生的發(fā)展[J]. 王冠,張德遠(yuǎn),陳華偉.  工業(yè)技術(shù)創(chuàng)新. 2014(02)
[2]旋轉(zhuǎn)整流罩積冰生長(zhǎng)與脫落過(guò)程的實(shí)驗(yàn)[J]. 王健,胡婭萍,吉洪湖,陳寧立,曹廣州.  航空動(dòng)力學(xué)報(bào). 2014(06)
[3]基于歐拉法模擬旋轉(zhuǎn)帽罩水滴撞擊特性[J]. 吳孟龍,常士楠,冷夢(mèng)堯,王超.  北京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào). 2014(09)
[4]大型風(fēng)力機(jī)結(jié)冰過(guò)程水滴收集率三維計(jì)算[J]. 易賢,王開(kāi)春,馬洪林,朱國(guó)林.  空氣動(dòng)力學(xué)學(xué)報(bào). 2013(06)
[5]航空發(fā)動(dòng)機(jī)支板熱滑油防冰性能試驗(yàn)[J]. 董威,朱劍鋆,周志翔,董奇.  航空學(xué)報(bào). 2014(07)
[6]飛機(jī)防冰系統(tǒng)設(shè)計(jì)中氣象條件模擬及參數(shù)測(cè)量方法[J]. 鄭莉,彭又新,卜雪琴,馮康.  科技導(dǎo)報(bào). 2013(25)
[7]過(guò)冷大水滴飛濺特性數(shù)值分析[J]. 王超,常士楠,吳孟龍,靳軍.  航空學(xué)報(bào). 2014(04)
[8]電脈沖除冰系統(tǒng)的除冰實(shí)驗(yàn)與數(shù)值模擬[J]. 李清英,朱春玲,白天.  航空動(dòng)力學(xué)報(bào). 2012(02)
[9]三維機(jī)翼表面水滴撞擊特性計(jì)算[J]. 孫志國(guó),朱春玲.  計(jì)算物理. 2011(05)
[10]防冰部件表面流動(dòng)換熱與溫度計(jì)算分析[J]. 朱劍鋆,董葳.  燃?xì)鉁u輪試驗(yàn)與研究. 2011(01)

博士論文
[1]飛機(jī)結(jié)冰數(shù)值計(jì)算與冰風(fēng)洞部件設(shè)計(jì)研究[D]. 孫志國(guó).南京航空航天大學(xué) 2012
[2]飛機(jī)電熱除冰過(guò)程的傳熱特性及其影響研究[D]. 肖春華.中國(guó)空氣動(dòng)力研究與發(fā)展中心 2010
[3]航空發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)口部件積冰的數(shù)值模擬研究[D]. 胡婭萍.南京航空航天大學(xué) 2009
[4]飛機(jī)積冰的數(shù)值計(jì)算與積冰試驗(yàn)相似準(zhǔn)則研究[D]. 易賢.中國(guó)空氣動(dòng)力研究與發(fā)展中心 2007

碩士論文
[1]考慮水膜效應(yīng)的防冰表面流動(dòng)換熱研究[D]. 鄭梅.上海交通大學(xué) 2015
[2]直升機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣防護(hù)裝置研究[D]. 付焱晶.東北大學(xué) 2011
[3]航空發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)口支板及整流帽罩水滴撞擊特性的計(jì)算分析[D]. 趙秋月.上海交通大學(xué) 2011
[4]結(jié)冰條件下過(guò)冷水滴撞擊特性及熱平衡分析[D]. 閔現(xiàn)花.上海交通大學(xué) 2010



本文編號(hào)：3678216