气流剪切作用下的水膜实验

doi:10.7527/S1000-6893.2023.29290

结冰与防除冰

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气流剪切作用下的水膜实验

杨映麟, 常士楠(), 石奇玉, 齐海峰

北京航空航天大学航空科学与工程学院，北京 100191

收稿日期:2023-07-10 修回日期:2023-07-16 接受日期:2023-07-21 出版日期:2023-12-25 发布日期:2023-08-11
通讯作者: 常士楠 E-mail:sn_chang@buaa.edu.cn
基金资助:
国家自然科学基金(11672024)

Experiment of shear-driven water film

Yinglin YANG, Shinan CHANG(), Qiyu SHI, Haifeng QI

School of Aeronautic Science and Engineering，Beihang University，Beijing 100191，China

Received:2023-07-10 Revised:2023-07-16 Accepted:2023-07-21 Online:2023-12-25 Published:2023-08-11
Contact: Shinan CHANG E-mail:sn_chang@buaa.edu.cn
Supported by:
National Natural Science Foundation of China(11672024)

摘要/Abstract

摘要：

飞机结冰表面的液态水会在气流剪切作用下向后流动，形成水膜，影响飞机防除冰系统工作。为了获得水膜流动规律，对水平平板表面上气流剪切驱动的水膜进行了试验测量和分析。通过风洞试验台产生的高速气流驱动水膜流动，使用基于亮度的激光诱导荧光方法（BBLIF）对连续水膜进行观测，且进行了水膜流动结构的可视化后处理。对水膜平均厚度、基底水膜厚度、滚动波高度、水膜波动频率等特征进行了结果整理与分析。结果表明：水膜表面波动特性是气液界面剪切力、表面张力和工质黏性相互作用的结果，并与水膜的流动形态密切相关；平均水膜厚度随着水膜雷诺数的增加而增大，随着气流速度增大而减小；对于相同的水膜雷诺数，随着气流速度的增加，表面波动频率增大；无量纲底层水膜厚度一般在0.6~0.85区间内。

关键词: 飞机结冰, 气流剪切作用, 水膜, 激光诱导荧光方法, 气液界面

Abstract:

Driven by airflow， water on the icing surface of aircraft will flow backwards， forming water film which affects the de-icing/anti-icing system of aircraft. To explore the flow regularity of the water film， experimental measurements are conducted to investigate the shear-driven water film on the horizontal flat substrate. The water film is driven in a wind tunnel， and a high-speed video system with the Brightness-Based Laser-Induced Fluorescence （BBLIF） technique is used for observation and post-processing the flow structure of the water film. The characteristics such as mean film thickness， base film thickness， roll wave amplitude and wavy frequency are collated and studied. The results show that the mean film thickness increases with the increase of the film Reynolds number and decreases with the increase of the airflow velocity. The dimensionless base film thickness is generally in the range of 0.4 to 0.85. With the same film Reynolds number， the surface fluctuation frequency increases with the increase of airflow velocity.

Key words: aircraft icing, shear-driven effect, water film, laser induced fluorescence technique, gas-liquid interface

中图分类号:

V211

杨映麟, 常士楠, 石奇玉, 齐海峰. 气流剪切作用下的水膜实验[J]. 航空学报, 2023, 44(S2): 729290-729290.

Yinglin YANG, Shinan CHANG, Qiyu SHI, Haifeng QI. Experiment of shear-driven water film[J]. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica, 2023, 44(S2): 729290-729290.

图/表 11

图 1

表 1

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参考文献 23

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主管单位：中国科学技术协会主办单位：中国航空学会北京航空航天大学

参数	数值
荧光剂浓度/（mg·L ^-1）	10
激光波长/nm	532
激光透镜	球面镜+平凹透镜
镜头滤镜	550 nm高通滤镜
测量时间/s	1~5
拍摄速度/Hz	2 000
快门速度/s	1/5 000 ~ 1/10 000
使用分辨率	1 280×720

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