多尺寸水滴喷雾掺混增强效应

doi:10.7527/S1000-6893.2023.29130

结冰与防除冰

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多尺寸水滴喷雾掺混增强效应

徐晓刚¹^,², 张扬¹^,²(), 王天波³, 马旭东¹^,², 陈刚¹^,²

^1.复杂服役环境重大装备结构强度与寿命全国重点实验室，西安 710049
^2.西安交通大学航天航空学院，西安 710049
^3.航空工业西飞民用飞机有限责任公司，西安 710089

收稿日期:2023-06-05 修回日期:2023-06-30 接受日期:2023-09-01 出版日期:2023-12-26 发布日期:2023-09-13
通讯作者: 张扬 E-mail:youngz@xjtu.edu.cn
基金资助:
国家自然科学基金(11602199);复杂服役环境重大装备结构强度与寿命全国重点实验室项目

Mixing enhancement effect of multi-size water droplet spray

Xiaogang XU¹^,², Yang ZHANG¹^,²(), Tianbo WANG³, Xudong MA¹^,², Gang CHEN¹^,²

^1.State Key Laboratory for Strength and Vibration of Mechanical Structures，Xi’an 　710049，China
^2.School of Aerospace Engineering，Xi’an Jiaotong University，Xi’an 　710049，China
^3.AVIC XAC Commercial Aircraft Co. ，Ltd. ，Xi’an 　710089，China

Received:2023-06-05 Revised:2023-06-30 Accepted:2023-09-01 Online:2023-12-26 Published:2023-09-13
Contact: Yang ZHANG E-mail:youngz@xjtu.edu.cn
Supported by:
National Natural Science Foundation of China(11602199);State Key Laboratory for Strength and Vibration of Mechanical Structures Project

摘要/Abstract

摘要：

为保障现代飞行器在结冰气象条件下的安全性，AC20-71A文件给出了适航条例符合性验证试验的具体方法，尤其冰风洞试验和人造冰云与真实结冰条件的一致性是当前研究的重点。为减弱不同粒径水滴空间分布差异带来的表面冰形特征变化，设计了一种诱使气流自旋并掺混离散不同尺寸水滴空间分布情况的旋涡发生器，采用离散随机运动模型（DRW）和水滴粒度分布函数Rosin-Rammler，研究水滴喷射角和旋涡发生器结构变化对水滴空间分布的影响，发现旋涡发生器产生的环形低压区能有效改善水滴轴线积聚现象，结合核密度分析方法，确定最佳的均匀化测试截面在距旋涡发生器10倍厚度400 mm处，15°偏转角和5°喷射角的掺混增强效应最强。

关键词: 结冰, 掺混, 旋涡发生器, 核密度分析, 均匀化

Abstract:

To ensure the safety of modern aircraft under icing meteorological conditions， document AC20-71A provides specific methods for compliance testing with airworthiness regulations， among which the consistency of ice wind tunnel tests and artificial ice cloud droplets with real icing conditions are the focus of current research. To attenuate the changes in surface ice shape characteristics caused by differences in the spatial distribution of water droplets of different particle sizes， we design a vortex generator to induce airflow spin and mix the spatial distribution of discrete water droplets of different sizes. A Discrete Random Walk （DRW） model and the Rosin-Rammler droplet size distribution function are used to investigate the effects of changes in the droplet jet angle and vortex generator structure on the spatial distribution of droplets. The annular low-pressure zone generated by the vortex generator is found to be effective in improving the droplet axial accumulation phenomenon. Combining the kernel density estimation method， we determine that the optimal homogenization test cross-section is about 400 mm， 10 times the thickness of the vortex generator， and the strongest doping enhancement effect to be achieved at a 15° deflection angle and a 5° jetting angle.

Key words: icing, mixing, vortex generator, kernel density estimation, homogenization

中图分类号:

V211.41

徐晓刚, 张扬, 王天波, 马旭东, 陈刚. 多尺寸水滴喷雾掺混增强效应[J]. 航空学报, 2023, 44(S2): 729130-729130.

Xiaogang XU, Yang ZHANG, Tianbo WANG, Xudong MA, Gang CHEN. Mixing enhancement effect of multi-size water droplet spray[J]. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica, 2023, 44(S2): 729130-729130.

图/表 14

图 1

图 2

图 3

图 4

图 5

图 6

表 1

计算状态

序号	偏转角 $θ / (°)$	喷射角 $φ / (°)$
VG1_5	15	5
VG1_15	15	15
VG1_30	15	30
VG2_5	45	5
VG3_5	90	5
VG0		5/15/30

表 1

图 7

图 8

图 9

图 10

图 11

图 12

图13

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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

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