王忠义1,代铮1,王艳华1,徐健2,刘亚华3
摘要: 飞机在起飞或降落过程中常常需要穿越含有过冷云滴的云层,此时液滴高速撞击机翼或机身表面极易触发结冰,从而对飞行安全构成严重威胁。针对这一问题,本文在低温强对流背景下,基于介观方法对微米级过冷液滴撞击冷表面的冻结行为进行了数值研究,从介观角度揭示其动力学机理。结果表明,微米级液滴在撞击冷表面时快速冻结并形成冰壳,显著抑制了液滴的回弹,即使在表面张力占主导的尺度下仍难以恢复原有动力学特征。当考虑冷气流作用时,液滴冻结速率与冰壳厚度进一步增加,冻结区域由液滴中心向外逐渐扩展,回弹过程受到更强限制。对于倾斜撞击情况,除表现出与垂直撞击相似的强回弹抑制外,液滴在速度方向前缘更易形成冰壳,不仅阻碍了液滴前向铺展,还与尾部冻结共同作用,最终导致异形冰层结构的形成。综合分析表明,冷壁面导热仍是冻结速率的主导机制,但冷气流对冻结形态具有关键影响,不可忽视。本研究为理解飞行器表面微米级液滴撞击冻结机理提供了新的介观数值证据,并对防冰与除冰设计的优化具有参考意义。