欧拉壁膜模型在结冰模拟中的扩展

doi:10.7527/S1000-6893.2023.29287

结冰与防除冰

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欧拉壁膜模型在结冰模拟中的扩展

熊华杰, 安怡竞, 吴主龙, 周志宏()

四川大学力学科学与工程系，成都 610065

收稿日期:2023-07-10 修回日期:2023-07-16 接受日期:2023-07-17 出版日期:2023-07-24 发布日期:2023-07-21
通讯作者: 周志宏 E-mail:zhouzhihong@scu.edu.cn
基金资助:
国家自然科学基金(12072213);国家科技重大专项(J2019-III-0010-0054);国家数值风洞工程(NNW2019-JT01-023)

Extension of Eulerian wall film model in icing simulation

Huajie XIONG, Yijing AN, Zhulong WU, Zhihong ZHOU()

Department of Mechanical Science and Engineering，Sichuan University，Chengdu 610065，China

Received:2023-07-10 Revised:2023-07-16 Accepted:2023-07-17 Online:2023-07-24 Published:2023-07-21
Contact: Zhihong ZHOU E-mail:zhouzhihong@scu.edu.cn
Supported by:
National Natural Science Foundation of China(12072213);National Science and Technology Major Project(J2019-III-0010-0054);National Numerical Windtunnel Project(NNW2019-JT01-023)

摘要/Abstract

摘要：

在结冰热力学模型中，传热相变的描述通常较为完备，而水膜流动的描述通常会被简化。针对这一问题，采用求解——校正法扩展了欧拉壁膜模型在结冰模拟上的能力，并研究了扩展模型在数值格式和结冰预测方面的特性。计算表明，随着时间步的推进，结冰率会逐渐稳定。数值格式方面，二阶隐式格式和二阶迎风格式表现出更好的计算稳定性，且时间步长和时空差分格式对计算精度的影响基本可以忽略。冰形预测方面，与LEWICE软件相比，扩展模型计算的NACA0015翼型冰形与实验冰形更加贴合；与简化了水膜流动的结冰模型相比，较高速来流情况下，扩展模型在冰角的预测方面更接近实验结果。此外，扩展模型在30P30N多段翼和DPW客机构型的结冰模拟中，也表现出良好的适应性。

关键词: 飞机结冰, 欧拉壁膜模型, 水膜流动, 数据格式, 结冰预测

Abstract:

In icing thermodynamic models， while the description of heat transfer and phase change is complete， the description of water film flow is usually simplified. To solve this problem， the calculation-correction method is used to expand the ability of Eulerian Wall Film （EWF） model in icing simulation， and the characteristics of the extended model in numerical schemes and icing prediction are studied. Calculations show that the icing rate gradually stabilizes over time. During the calculation， the second-order implicit method and the second-order upwind scheme show better stability， and the time-step and temporal/spatial differencing scheme have little effect on the calculation accuracy. In terms of icing prediction， the extended model has more advantages for the icing prediction of NACA0015 airfoil， compared with LEWICE software； the extended model is closer to the experimental results in the prediction of ice horn at relatively high speeds， compared with the icing model that simplifies the flow of the water film. In addition， the extended model also shows good adaptability in the icing simulation of the 30P30N airfoil and DPW aircraft.

Key words: aircraft icing, Eulerian wall film model, water film flow, data format, icing prediction

中图分类号:

V211.3

熊华杰, 安怡竞, 吴主龙, 周志宏. 欧拉壁膜模型在结冰模拟中的扩展[J]. 航空学报, 2023, 44(S2): 729287-729287.

Huajie XIONG, Yijing AN, Zhulong WU, Zhihong ZHOU. Extension of Eulerian wall film model in icing simulation[J]. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica, 2023, 44(S2): 729287-729287.

图/表 11

图 1

图 2

表 1

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参考文献 29

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案例	速度/（m·s^-1）	攻角/（^o）	温度/K	LWC/（g·m^-3）	MVD/（10^-6 m）	结冰时间/s
401	102.80	3.50	265.37	0.55	20	420
425	67.10	3.50	244.51	1.00	20	360
421	67.10	3.50	268.40	1.00	20	360
422	67.10	3.50	266.74	1.00	20	360
402	102.80	3.50	263.71	0.55	20	420
624963	95.22	0	262.85	0.75	19	600
624965	95.22	0	262.85	0.50	25	600
1	102.80	8.00	262.04	0.86	20	270
2	142.73	0	262.04	1.50	20	270

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