大粒径过冷水滴碰撞-结冰收集率分布经验模型

目前的民机结冰适航规范中,大粒径过冷水滴(supercooled large droplet,SLD)结冰环境尚未得到规定,准确预测飞机在SLD条件下的积冰对完善适航规范有重要意义。考虑SLD碰撞-结冰过程中的扩散及流动效应,通过对单个SLD碰撞金属铝表面的实验,研究SLD的碰撞-结冰过程,提出了一个考虑结冰环境及SLD特征因子的结冰收集率经验模型(collection efficiency distribution,CED);并将该模型应用于二维翼型积冰模拟中,分析SLD条件下的积冰特征。在SLD条件下,考虑了CED模型的翼型积冰模拟相比之前的模拟有了较大改进。     

多段翼型绕流数值分析对比及结冰影响研究

飞机结冰是影响飞机飞行安全的重要因素之一,研究结冰对多段翼型的气动特性影响具有重要意义.应用多块结构化网格生成方法,采用两种不同的方法求解雷诺平均N-S方程分别对多段翼型绕流流场进行数值对比分析,然后选用一种较合适的方法进一步针对三种不同的冰型:钝头体、双角体和尖头体冰型,分析不同形状的冰型对多段翼型绕流流场及气动特性的影响.     

过冷大水滴粒径分布的欧拉-拉格朗日混合抽样算法及对冰型影响

过冷大水滴（supercooled large droplet,SLD）云雾环境不同于常规粒径范围的过冷水滴,具有更大的粒径范围和复杂的水滴粒径分布形式,使得结冰的冰型异常复杂,从而给飞行器的飞行安全带来了前所未有的挑战。现有结冰数值模拟方法仅能模拟单一粒径的水滴,无法准确模拟真实SLD云雾环境“双峰分布”的粒径分布特性和相应的冰型。为了准确高效模拟SLD这种粒径分布特性,本文提出了一种基于Rosin-Rammler 分布函数进行欧拉-拉格朗日混合抽样的水滴轨迹模拟算法。通过该方法收集水滴,再利用结冰模型与水膜模型计算表面溢流传热和冰高,从而实现了准确高效的SLD粒径分布的结冰数值模拟,并通过2.5维算例研究了SLD粒径分布对机翼结冰的冰型特征以及冰型空间随机性的影响。结果表明SLD的粒径分布对冰型有较大的影响,冰型特征和冰型随机性与MVD和粒径分布方差紧密关联。     

结冰对带舵面翼型流场的影响及其气动参数分析

利用计算流体动力学方法模拟了结冰后带舵面翼型的流场变化特征,分析了不同攻角条件下升力系数与舵面偏转角的量化关系,并对比了角冰和脊状冰条件下气动导数的差异.结果表明:与干净翼型相比,结冰后带舵面翼型的升力系数及升力系数关于舵面偏转角的变化率出现了较大降幅;舵面下偏导致的"上洗"效应将会加大冰型对流场的干扰,角冰引起的流动分离尺度受舵面偏转角的影响较大,且随着来流攻角增加而愈加明显;脊状冰可使翼型上表面产生大范围的流动分离,带舵面翼型的失速偏转角大幅提前,升力系数关于舵面偏转角的变化率大幅降低;在角冰条件下,带舵面翼型的相对气动导数呈现出3个不同的变化阶段,且随着来流攻角和舵面偏转角的增加而逐级下降,而在脊状冰条件下则呈现出2个不同的变化阶段,且其降幅更明显.     

单个水滴蒸发过冷过程的特性分析

为分析单个水滴在低温、低湿空气中的运动和蒸发特性,建立了描述整个传热传质及运动过程的数学模型,并通过对悬挂水滴的蒸发冷却实验验证了该模型的有效性.通过模拟计算获得了水滴温度、直径、速度和运动轨迹的变化规律,以及水滴初始参数和空气速度对制冰效率的影响.结果表明,水滴在某一喷射角度下,直径越小,同样的下落高度水滴水平飞行的距离越短,而相应的速度衰减则越快,同时水滴蒸发过冷所需的时间越短.另外,水滴初始温度越低和逆流空气速度越高,在很短的下落高度内,水滴就实现了过冷,而水滴直径的变化量随着初始水温和空气流速的增大而增大,因此对雾化水滴进行预冷却不仅可提高系统制冰效率,还能减少水滴的蒸发损失.     

翼型大攻角的振动对气动性能影响的初步分析

通过求解非定常Navier-Stokes方程,模拟了风洞实验中模型振动条件下的流场,以翼型振动对流场和气动力的影响为突破口,研究了模型振动对流场、尤其是大迎角流场的影响,并考虑了模型弹性轴不同位置对结果的影响。研究结果表明:在临近传统定常失速迎角的大迎角条件下,翼型的振动可以引起翼型大尺度的分离,导致翼型失速的提前发生,其提前量取决于振动的幅度、频率。风洞模型设计中的弹性轴所处的翼型弦向位置也对结果有一定影响。其研究结果对大展弦比机翼的风洞实验结果分析、模型设计有指导意义。     

翼型摆角对气动性能的影响分析

基于NREL S809翼型,研究尾翼摆角对于翼型气动性能的影响.通过对比升阻力系数的模拟值与实验值,排除了网格质量对翼型气动性能的影响,验证了利用S-A(Spalart-Allmaras)湍流模型对风力机翼型进行计算的有效性,确定了合理的模拟方案,分析了翼型的气动性能.在此基础上,将S809翼型进行了尾缘变形,生成S809上摆-5°、下摆5°、10°及15°这4种变形翼型.再利用CFD(computational fluid dynamics)软件对它们进行数值计算,分析了各个翼型升阻力系数及流场特性.研究表明,随着尾缘下摆角度的增加,变形翼型上下表面压差逐渐增大,下摆翼型在升阻力特性方面有较大改善.但随着翼型下摆角度的增大,翼型产生分离涡的攻角却随之减小,更易失速.而上摆翼型升阻力特性及失速特性均不如原始翼型.     

结冰输电线舞动的气动特性分析

为了探讨结冰输电导线发生舞动时的气动条件,从输电导线的动力学方程导出特征方程,并应用复变函数理论对特征方程进行了分析。结果表明:当气动升力曲线初始斜率为负且绝对值足够大、气动升力曲线初始斜率为正且足够大、气动阻力曲线初始斜率为正且足够大、气动力矩曲线初始斜率为正且足够大时,均可产生负阻尼或负刚度,从而使输电导线发生舞动。     

水滴的杀伤力有多大

<正>网上有一个相当古老的段子是这么说的——为了涨知识,我加入了一个物理博士群,见到有人问:一滴水从很高的地方落下来,会不会弄死人?群里一下就热闹起来,各种公式,各种假设,各种阻力、重力、加速度的讨论。一小时后,我默默地问了一句:你们没有淋过雨吗?群里,突然死一般的寂静……然后,我就被踢出群了……显然,这个段子只不过是用来嘲笑高学历人缺乏常识的,道理我懂了,但水从高处落下后,到底会发生什么呢?水(仅限液态)在地球上不经人类任何干预而掉下来     

结冰对扑动翼气动特性影响的计算分析

为了研究不同结冰条件对风力机叶片翼型气动特性的影响,本文采用计算流体力学中的有限体积法,对不同结冰类型、不同结冰时间以及不同结冰位置三种结冰情况下的扑动翼型的气动力进行了系统的计算分析;通过与非结冰的干净翼型相对比,分析了在不同结冰情况下翼型的气动力以及周围流场的变化差异.此外,本文还研究了在相同结冰情况下由于翼型的基本形状变化所引起的气动力特性的差异.结果表明,结明冰要比结霜冰对翼型的气动性能影响更大.在扑动状态下,非对称翼型比对称翼型更容易受到结冰的影响.     

基于本征正交分解方法的多段翼型流动分析

对多段翼型流动结构的深入刻画和理解对于多段翼型的外形设计来说十分重要.在数值模拟的基础上,运用本征正交分解（proper orthogonal decomposition,POD）方法对多段翼型的数值结果进行重构和分析,对迎角变化情况下流动中的主要模态进行提取,并得到权函数随迎角变化的规律.针对嵌套网格的数值模拟流场的特点,通过对参与快照技术处理的数据进行筛选和还原,来避免无效数值对分析结果的影响.研究发现,流动中脉动流场所占的总能量比例相对较小,其整体POD能量谱收敛呈先快后慢的格局,大尺度的流动结构与流场中绝大部分的能量分布直接相关,且都包含在低阶模态中,而高阶模态则代表了复杂的脉动结构.     

风沙环境对NACA-0012翼型气动性能的影响

采用离散相模型对风沙环境下风力机传统对称翼型NACA-0012的气固两相流动进行数值模拟,结合k-ε湍流模型求解雷诺时均N-S方程,研究风沙环境下NACA-0012翼型的升、阻力系数随固相质量浓度和颗粒中值直径变化的规律.结果表明,同一中值直径时,固相质量浓度对翼型的升、阻力系数影响较小,随着固相质量浓度增大,翼型的升力系数先迅速增大了洁净空气时的8.2%左右,然后趋于稳定,当固相颗粒质量浓度大于1.02kg/m3后,升力系数再持续增大;阻力系数先略有减小,然后趋于稳定,当固相颗粒质量浓度大于1.02kg/m3后,阻力系数再持续增大.同一固相质量浓度时,沙尘的颗粒直径对风力机翼型的升、阻力系数影响较大,颗粒直径越小,对翼型的升、阻力系数的影响越大,随着颗粒中值直径的增大,翼型的升力系数先迅速减小再逐渐增大,最后趋于稳定;阻力系数先迅速增大再逐渐减小,然后略有增大,最后趋于稳定.     

多段翼型的一种增升控制方法

如何在提高增升装置性能的同时降低机构的重量和复杂程度有着重要的意义。采用CFD手段对一种在多段翼型主翼后缘凹陷处加薄片(cover tab)的主动控制方法进行了数值研究。以Gaw—1两段翼型为基准翼型,对不同参数组合的tab构型进行了计算。最佳构型是在主翼后缘凹陷处距离后缘1%主翼弦长处增加高度为0.5%主翼弦长的tab,增加最大升力系数4.88%。结合计算结果对这种主动控制技术方法的参数对流动的影响以及改善流动的机理等做了探讨。计算结果表明,该方法可以改善后缘襟翼上翼面的流动,推迟流动的分离,从而增加多段翼型的最大升力系数。     

翼型表面粗糙凸台对气动性能的影响

翼型表面粗糙度是影响翼型气动特性的主要因素之一.基于N-S控制方程,选择Spalart-Almaras湍流模型,在雷诺数Re=2X106的条件下,应用FLUENT软件数值模拟粗糙度对S827翼型气动特性的影响.光滑翼型和表面有凸台翼型在不同攻角下的升力系数、阻力系数和表面压强的分布对比分析表明,分布在翼型吸力面前缘的凸...     

结构参数对局部弹性翼型气动性能的影响规律

采用数值方法研究了低雷诺数下局部弹性翼型结构参数对翼型性能及流动结构的影响。建立了局部弹性结构的振动模型,采用具有双时间步长的任意拉格朗日-欧拉方法和基于特征线的算子分裂法对非定常流固耦合问题进行数值模拟,对不同的结构密度、弹性模量、阻尼下局部弹性翼型的升力以及结构振动的频率特性进行了分析。研究结果表明:局部弹性结构自激振动对流动的控制存在最佳的振动频率范围;在合适的结构参数下,如较小的结构弹性模量和结构阻尼,局部弹性结构能够产生较大振幅的自激振动,从而改变流动结构并提高翼型升力;对于具有高升力的局部弹性翼型,结构振动能够显著改变非定常流动分离模式,减小分离区域,达到抑制分离、提高翼型升力的效果。     

冰晶中空气和过冷水滴对毫米波雷达反演卷云冰水含量的影响

在现有对卷云的探测基础上,考虑卷云中常被忽略的冰晶空气含量和过冷水滴,应用Lorenz-Mie散射理论和Maxwell-Garnett等效介质理论研究了冰晶空气含量和过冷水滴对毫米波雷达云水量反演的影响。分析表明,过冷水滴对云水量反演的影响较大;而冰晶中空气含量对云水量反演的影响则可以忽略。因此,更准确的卷云模型应该考虑过冷水滴。     

y+值对翼型气动参数计算精度的影响研究

基于RAE 2822翼型,为了研究粘性底层无量纲参数y+对翼型气动参数计算精度的影响,采用ANSYS ICEM剖分的计算域网格和三维N-S控制方程的有限体积法离散格式,选取SST湍流模型,在不同的y+值下借助ANSYS CFX模块数值计算了该翼型的气动参数,分析了相对误差,绘制了压力系数分布云图。结果表明:过大的y+值导致误差增大;在y+的理论值11.63附近,计算精度变化较小;较小的y+可使精度进一步提高,但过小的y+并不能得到过高的计算精度。y+值对翼型边界不同区域的计算精度影响有所不同,翼型气动参数数值计算时推荐y+取2-4。     

前缘附近微小板对S809翼型气动性能的影响

翼型在较大攻角下会发生失速,产生流动分离,这将直接影响翼型气动性能。对此,采取在雷诺数Re=1×10~6的条件下,在S809翼型前缘点附近不同位置处设置微小板,改变微小板的板长、振动振幅和频率,探究其对S809翼型气动性能的影响。结果表明:静止时,微小板的板长尺寸对控制效果影响显著,当位置和尺寸选取最优时,S809翼型在22°攻角下升阻比提升2倍左右;对抑制流动分离效果不佳的尺寸较小的静止板施加以合适振幅和频率的振动后,可以有效地抑制翼型的流动分离,得到增加升力、减小阻力的效果。     

前缘附近微小板对S809翼型气动性能的影响

翼型在较大攻角下会发生失速,产生流动分离,这将直接影响翼型气动性能。对此,采取在雷诺数Re=1×106的条件下,在S809翼型前缘点附近不同位置处设置微小板,改变微小板的板长、振动振幅和频率,探究其对S809翼型气动性能的影响。结果表明：静止时,微小板的板长尺寸对控制效果影响显著,当位置和尺寸选取最优时,S809翼型在...     

不同雷诺数风沙来流下粒径对S809翼型性能的影响

以风力机专用翼型S809为对象,采用数值模拟的方法研究不同雷诺数风沙来流下粒径对翼型性能的影响.结果表明:0.5μm颗粒绕流时紧贴翼型壁面运动,随着颗粒直径的增大,其运动轨迹逐渐偏离吸力面,且直径越大,偏移距离越远.当颗粒直径为10～50μm时,颗粒绕过前缘后开始偏离吸力面,大于50μm时,其绕流作用减弱,出现直接撞击吸力面的现象;雷诺数越大,近前缘驻点处撞击壁面的颗粒直径越小,且小攻角下撞击壁面的颗粒直径较小;各雷诺数下,50μm颗粒对翼型气动性能的影响最大;雷诺数为2×10~5时,5、50μm颗粒对气相湍动能有抑制作用,50μm颗粒的抑制作用最明显,100μm颗粒会增强气相湍动能.