结冰风洞中过冷大水滴云雾演化特性数值研究

作者：郭向东^*; 柳庆林; 刘森云; 王梓旭; 李明

来源：航空学报, 2020, 41(08): 208-225.

• 飞机结冰
• 结冰风洞
• 过冷大水滴
• 云雾演化
• 欧拉法

为明晰结冰风洞中过冷大水滴(SLD)云雾演化特性,发展了基于欧拉法的SLD液滴运动、传热和传质耦合计算方法,针对3m×2m结冰风洞主试验段水平收缩构型,分析了SLD云雾沉降收缩特性、动量平衡特性和热平衡特性,探索了液滴变形破碎的影响,评估了构型出口处SLD液滴动量平衡和热平衡状态。研究结果表明:直径超过250μm的SLD液滴在构型内会发生显著形变,液滴尺寸越大则变形程度越强,尤其在160m/s工况下,当液滴直径超过750μm后,SLD液滴甚至会发生破碎;液滴变形破碎效应会增大液滴加速度和液滴温度下降率,促使SLD液滴趋近动量平衡和热平衡状态;SLD云雾(最大液滴直径小于1 000μm)在构型出口处会出现显著的粒径浓度分层、动量分层和热分层现象,其中直径小于100μm的小尺寸液滴速度快、温度低且不断凝结,趋于平衡态,但直径超过500μm的大尺寸SLD液滴速度慢、温度高且不断蒸发,则显著偏离平衡态;增大试验段气流速度尽管会减弱SLD云雾粒径浓度分层程度,但会增强动量分层和热分层程度,尤其在160m/s工况下,SLD云雾会均匀分布在构型出口中心区域内(-0.75m<Y<0.75m且-0.5m<Z<0.5m),与其平衡态间的最大速度差和温度差将分别超过18m/s和20℃。

• 单位
  中国空气动力研究与发展中心