考虑侵蚀效应的冰晶/混合相结冰计算方法
收稿日期: 2023-02-24
修回日期: 2023-03-20
录用日期: 2023-04-17
网络出版日期: 2023-04-21
基金资助
国家自然科学基金重点项目(12132019);国家科技重大专项(J2019-III-0010-0054);国家自然科学面上项目(12172372)
Calculation method for ice crystal/mixed phase icing considering ice crystal erosion
Received date: 2023-02-24
Revised date: 2023-03-20
Accepted date: 2023-04-17
Online published: 2023-04-21
Supported by
Key Program of National Natural Science Foundation of China(12132019);National Science and Technology Major Project(J2019-III-0010-0054);General Program of National Science Foundation of China(12172372)
航空发动机内部摄入冰晶并发生结冰，是造成航空发动机损伤和动力损失的重要原因。开展冰晶/混合相结冰计算方法研究，系统分析冰晶结冰物理模型是研究航空发动机内部结冰过程，保证飞行适航安全的主要途径之一。围绕冰晶/混合相结冰计算，建立了拉格朗日框架下，涵盖冰晶运动-传热传质、冰晶粘附、混合相结冰相变、冰晶侵蚀等多个物理现象的完整冰晶/混合相结冰数值计算方法，基于NNWICE结冰平台开发了相应计算程序。以NACA0012翼型及二维冠状圆柱为对象，模拟了不同来流条件及云雾条件下所结冰形，并与试验结果对比，验证了所建立计算方法的有效性，分析得到了来流温度与液态水含量/总水含量在混合相条件和冰晶覆水条件下对结冰的影响规律；对比有无侵蚀效应计算结果，验证了冰晶侵蚀效应对结冰的重要影响。相关工作为进一步发展航空发动机结冰数值模拟计算奠定了工作基础。
马乙楗 , 柴得林 , 易贤 , 屈经国 , 王强 . 考虑侵蚀效应的冰晶/混合相结冰计算方法[J]. 航空学报, 2023 , 44(15) : 528609 -528609 . DOI: 10.7527/S1000-6893.2023.28609
The ingestion of ice crystals and icing inside the aero engine is a significant cause of aero engine damage and power loss. Researching on the calculation method for ice crystal/mixed phase icing， and systematically analyzing the physical model of ice crystal icing are among the major approaches to the study on the internal icing process of aero engines to ensure the safety of flight airworthiness. Focusing on the calculation of ice crystal/mixed phase icing， we establish， under the Lagrange framework， a complete numerical calculation method for ice crystal/mixed phase icing， covering multiple physical phenomena such as ice crystal motion-heat and mass transfer， ice crystal adhesion， mixed phase icing phase transition， and ice crystal erosion. The corresponding calculation program is then developed based on the NNWICE icing platform. We take the NACA0012 airfoil and two-dimensional coronal cylinder as the research objects， and simulate the icing shape under different flow conditions and cloud conditions. The effectiveness of the established calculation method is verified by comparison with the experimental results， and the influence of flow temperature and liquid water content/total water content on icing under mixed phase conditions and ice crystal water cover conditions analyzed. Comparison of the calculation results with and without the erosion effect verifies the significant influence of the ice crystal erosion effect on icing. This work lays a working foundation for further development of numerical simulation calculation of aero engine icing.
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