结冰现象对于飞行安全来说是一个重大的威胁。当飞机在结冰气象条件下飞行时,如不采取适当的防冰措施,飞机迎风部件表面就会发生结冰。近年来,由于结冰引发的飞行安全事故仍在国内外多次发生,因此飞行结冰和防冰依然是国内外学者广泛关注的一个热点问题。作为飞行结冰和防冰问题的重要研究手段,数值模拟技术在近年来的结冰和防冰研究中得到了十分广泛的应用和发展。本文针对目前国内外在防冰计算领域的研究现状及其发展特点和趋势,以商业CFD软件ANSYS Fluent作为开发平台,围绕防冰和结冰模拟的通用计算方法开展了如下研究工作:首先,本文基于ANSYS Fluent软件的二次开发功能,对水滴撞击特性的计算方法进行了详细研究,成功地在ANSYS Fluent软件中实现了水滴撞击特性的拉格朗日法和欧拉法计算。对于前者,本文基于Fluent软件的离散相模型获得了水滴的运动轨迹,并采用自己发展的粒子统计方法实现了复杂三维表面局部水收集系数的拉格朗日法计算。对于后者,本文采用Fluent软件的用户自定义标量方程对水滴相运动的控制方程进行了求解,从而可以在Fluent软件支持的任何坐标系及边界条件下获得部件表面的局部水收集系数。基于上述方法,本文对二维和三维翼型的局部水收集系数进行了算例验证计算,得到了与文献数据相符的计算结果。同时,本文对水滴撞击特性的计算方法进行了拓展研究,在Fluent软件中实现了过冷大水滴条件和二维轴对称坐标系下的局部水收集系数计算。此外,本文发展了求解水滴撞击特性的拉格朗日-欧拉复合解法,通过对算例计算的结果表明,该方法能够有效提高欧拉法在求解水滴撞击特性时的稳定性和效率。其次,本文开展了防冰条件下部件表面流动换热的计算方法研究。本文从防冰计算中经典的Messinger模型入手,对部件表面水膜流动的质量守恒和能量守恒关系进行了分析,并发展了基于非结构化网格体系的表面水膜质量平衡计算方法,以及表面溢流水膜质量的分配方法。在防冰部件表面温度的计算上,本文通过Fluent用户自定义函数将考虑溢流水膜的防冰部件表面各项热流添加到了Fluent的能量方程中,并基于Fluent的耦合换热壁面边界实现了防冰热气、固壁、以及外流场在防冰条件下的耦合换热计算。基于上述方法,本文针对航空发动机静止部件在防冰条件下的表面温度进行了计算,并将得到的结果与本文开展的防冰试验结果进行了对比,结果令人满意。此外,本文还对不同算例计算中得到的表面水膜流动质量和表面热流进行了分析。再次,本文开展了水膜破裂后表面溪流形态的计算研究。为了获得破裂处水膜的厚度,本文根据水膜很薄的客观事实对水膜采用了速度线性分布假设,并对水膜流动中的质量守恒和动量守恒关系进行了建模计算。为了得到水膜破裂后的溪流厚度和宽度,本文假设溪流截面为圆的一部分,根据破裂前后水膜和溪流的质量守恒和能量守恒关系,发展了破裂后溪流几何参数的求解方法。通过与文献实验结果的对比,本文方法能够在一定误差范围内对破裂后的溪流形状进行预测。基于上述方法,本文对不同壁面温度和来流水滴直径下的航空发动机支板表面溪流宽度和厚度进行了计算,研究了这些因素对破裂后溪流几何参数的影响。最后,本文开展了结冰冰形的数值预测研究。本文根据结冰表面的质量守恒和能量守恒关系,对结冰表面的热力学模型进行了研究,并发展了基于非结构化网格的表面冰增长迭代计算方法。为了获得结冰冰形,本文发展了结冰后壁面节点坐标的计算方法,并采用ANSYS Fluent动网格技术对结冰后流体的计算域进行了自动更新,从而实现了结冰过程的多步预测。通过对经典算例的验算,本文的冰形预测方法得到了验证。基于上述方法,本文对航空发动机转动部件的表面结冰冰形进行了预测,并对这些部件的结冰规律进行了分析。