留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

基于欧拉壁面液膜模型的三维热气防冰腔数值仿真

李延 郭涛 常红亮

李延, 郭涛, 常红亮等 . 基于欧拉壁面液膜模型的三维热气防冰腔数值仿真[J]. 北京航空航天大学学报, 2018, 44(5): 959-966. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2017.0362
引用本文: 李延, 郭涛, 常红亮等 . 基于欧拉壁面液膜模型的三维热气防冰腔数值仿真[J]. 北京航空航天大学学报, 2018, 44(5): 959-966. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2017.0362
LI Yan, GUO Tao, CHANG Honglianget al. Numerical simulation of 3D hot-air anti-icing chamber based on Eulerian wall film model[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 2018, 44(5): 959-966. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2017.0362(in Chinese)
Citation: LI Yan, GUO Tao, CHANG Honglianget al. Numerical simulation of 3D hot-air anti-icing chamber based on Eulerian wall film model[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 2018, 44(5): 959-966. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2017.0362(in Chinese)

基于欧拉壁面液膜模型的三维热气防冰腔数值仿真

doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2017.0362
详细信息
    作者简介:

    李延 男, 硕士, 工程师。主要研究方向:飞机防除冰系统设计与仿真计算

    郭涛 男, 博士, 高级工程师。主要研究方向:飞机防除冰系统设计

    常红亮 男, 学士, 研究员。主要研究方向:飞机防除冰系统设计

    通讯作者:

    李延, E-mail: 276637284@qq.com

  • 中图分类号: V244.1+.5

Numerical simulation of 3D hot-air anti-icing chamber based on Eulerian wall film model

More Information
  • 摘要:

    提出了一种基于欧拉壁面液膜(EWF)模型的热气防冰腔性能仿真计算的新方法。通过FLUENT软件用户自定义标量(UDS)框架求解水滴控制方程获取三维表面水滴撞击特性。通过对各微元的水收集率、水膜蒸发率等进行质量平衡分析得到了通过该微元的质量流量,并以此作为EWF模型质量流量边界条件进行空气驱动下三维水膜厚度分布的计算,进而建立了防冰表面水膜流动动态模型。在此基础上建立了适用于三维防冰表面的耦合换热模型,通过引入亚松弛因子实现了内外流场、水膜流动及蒙皮导热的松散耦合求解。通过对某发动机短舱模型三维算例计算结果的分析和对比,结果表明所采用的计算方法是合理可信的,可以用于三维防冰腔性能的计算。

     

  • 图 1  防冰表面水的流动

    Figure 1.  Water flow on anti-icing surface

    图 2  短舱几何外形及其防护区域

    Figure 2.  Nacelle's geometric shape and protection area

    图 3  短舱防冰腔

    Figure 3.  Nacelle anti-icing chamber

    图 4  水滴局部收集系数计算结果的对比

    Figure 4.  Comparison of water droplet local collection coefficient

    图 5  不同时刻的水膜厚度分布

    Figure 5.  Water film thickness distribution at different time

    图 6  防护区域外的水膜厚度分布

    Figure 6.  Water film thickness distribution in non-protection area

    图 7  加热区域蒙皮表面温度分布对比

    Figure 7.  Comparison of skin temperature distribution of heated area

    图 8  不同截面蒙皮表面温度分布对比

    Figure 8.  Comparison of skin temperature distribution on different sections

    图 9  等效对流换热系数分布

    Figure 9.  Distribution of equivalent convective heat transfer coefficient

    表  1  计算条件

    Table  1.   Calculation conditions

    参数 马赫数 环境压力/Pa 环境温度/℃ 水滴直径/μm 液态水含量/(g·m-3) 供气压力/kPa 供气温度/℃
    数值 0.3 70 124 -9.4 20 0.5 350 150
    下载: 导出CSV
  • [1] 林贵平, 卜雪琴, 申晓斌, 等.飞机结冰与防冰技术[M].北京:北京航空航天大学出版社, 2016:30-46.

    LIN G P, BU X Q, SHEN X B, et al.Aircraft icing and anti-icing technology[M].Beijing:Beihang University Press, 2016:30-46(in Chinese).
    [2] DONG W, ZHU J, MIN X H. Calculation of the heat transfer and temperature on the aircraft anti-icing surface[C]//27th International Congress of the Aeronautical Sciences, 2010: 1-9.
    [3] DOMINGOS R H, PAPADAKIS M, ZAMORA A O. Computational methodology for bleed air ice protection system parametric analysis: AIAA-2010-7834[R]. Reston: AIAA, 2010.
    [4] MORENCY F, BRAHIMI M T, TEZOK F, et al.Anti-icing system simulation using CANICE[J].Journal of Aircraft, 1999, 36(6):999-1006. doi: 10.2514/2.2541
    [5] PELLISSIER M, HABASHI W G, PUEYO A. Design optimization of hot-air anti-icing systems by FENSAP-ICE: AIAA-2010-1238[R]. Reston: AIAA, 2010.
    [6] WANG H Z, TRAN P, HABASHI W G. Anti-icing simulation in wet air of a piccolo system using FE NSAP-ICE: SAE 2007-01-3357[R]. Warrendale: SAE International, 2007.
    [7] 李延, 郭涛. 基于松散耦合的三维热气防冰腔数值仿真[C]//第六届中国航空学会青年科技论坛文集. 北京: 航空工业出版社, 2014: 1245-1250.

    LI Y, GUO T. Numerical simulation of three dimensional thermal anti-icing chamber by loose couple method[C]//CSAA the sixth Youth Science and Technology Forum. Beijing: Aviation Industry Press, 2014: 1245-1250(in Chinese).
    [8] 卜雪琴, 林贵平, 郁嘉.三维内外热耦合计算热气防冰系统表面温度[J].航空动力学报, 2009, 24(11):2495-2500. http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=hkdlxb200911016

    BU X Q, LIN G P, YU J.Three dimensional conjugate heat transfer for the surface temperature of wing hot-air anti-icing system[J].Journal of Aerospace Power, 2009, 24(11):2495-2500(in Chinese). http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=hkdlxb200911016
    [9] 侯盼雪, 林贵平, 卜雪琴, 等.后掠翼热气防冰系统数值仿真[J].航空学报, 2012, 33(5):809-817. http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=hkxb201205005

    HOU P X, LIN G P, BU X Q, et al.Numerical simulation of a swept wing hot-air anti-icing system[J].Acta Aeronautica et Astronautica Sinica, 2012, 33(5):809-817(in Chinese). http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=hkxb201205005
    [10] 郁嘉, 赵柏阳, 卜雪琴, 等.某型飞机发动机短舱热气防冰系统性能数值模拟[J].空气动力学学报, 2016, 34(3):302-307. http://www.bigengculture.com/kejilunwen/hangkongsky/1077886.html

    YU J, ZHAO B Y, BU X Q, et al.Numerical simulation of the performance of an engine nacelle hot-air anti-icing system[J].Acta Aerodynamica Sinica, 2016, 34(3):302-307(in Chinese). http://www.bigengculture.com/kejilunwen/hangkongsky/1077886.html
    [11] Ansys Inc. ANSYS FLUENT 14 User Guide[Z]. New Hampshire: ANSYS Inc., 2011.
    [12] 毛晓东, 卜雪琴, 赵国昌, 等.基于UDS框架的水撞击特性数值计算方法[J].沈阳航空航天大学学报, 2016, 33(1):8-12. http://cdmd.cnki.com.cn/Article/CDMD-10248-2008052247.htm

    MAO X D, BU X Q, ZHAO G C, et al.Calculation of water droplet impingement characteristics based on UDS frame[J].Journal of Shenyang Aerospace University, 2016, 33(1):8-12(in Chinese). http://cdmd.cnki.com.cn/Article/CDMD-10248-2008052247.htm
    [13] WIROGO S, SRIRAMBHATLA S. An eulerian method to calculate the collect efficiency on two and three dimensional bodies: AIAA-2003-1073[R]. Reston: AIAA, 2003.
    [14] TONG X L, LUKE E A. Eulerian simulations of icing collection efficiency using a singularity diffusion model: AIAA-2005-1246[R]. Reston: AIAA, 2005.
    [15] 杨胜华, 林贵平, 申晓斌.三维复杂表面水滴撞击特性计算[J], 航空动力学报, 2010, 25(2):284-290. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-HKDI201002008.htm

    YANG S H, LIN G P, SHEN X B.Water droplet impingement prediction for three dimensional complex surfaces[J].Journal of Aerospace Power, 2010, 25(2):284-290(in Chinese). http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-HKDI201002008.htm
    [16] 王超, 常士楠, 吴梦龙, 等.过冷大水滴飞溅特性数值分析[J].航空学报, 2014, 35(4):1004-1011. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-HKXB201404011.htm

    WANG C, CHANG S N, WU M L, et al.Numerical investigation of splashing characteristics in super-cooled large droplet regime[J].Acta Aeronautica et Astronautica Sinica, 2014, 35(4):1004-1011(in Chinese). http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-HKXB201404011.htm
    [17] MESSINGER B L.Equilibrium temperature of an unheated icing surface as a function of air speed[J].Journal of the Aeronautical Sciences, 1953, 20(1):29-42. doi: 10.2514/8.2520
    [18] VELAZQUEZ M T, HANSMAN R J. Implementation of combined feather and surface-normal ice growth models in LEWICE/X: AIAA-1995-0735[R]. Reston: AIAA, 1995.
    [19] 陈鹏, 邓飞, 刘思亭.三维空间属性插值方法的研究[J].电脑知识与技术, 2015, 11(7):235-239. http://mall.cnki.net/magazine/Article/DNZS201507082.htm

    CHEN P, DENG F, LIU S T.Research of three dimensional space attribute interpolation methods[J].Computer Knowledge and Technology, 2015, 11(7):235-239(in Chinese). http://mall.cnki.net/magazine/Article/DNZS201507082.htm
  • 加载中
图(9) / 表(1)
计量
  • 文章访问数:  1094
  • HTML全文浏览量:  82
  • PDF下载量:  483
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2017-05-31
  • 录用日期:  2017-08-11
  • 网络出版日期:  2018-05-20

目录

    /

    返回文章
    返回
    常见问答