【摘 要】
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随着过冷大水滴（Supercooled Large Droplets,SLD）结冰气象条件被人们的发现和熟知,过冷大水滴给飞行安全带来的危害也越来越受到人们的重视。由于飞行试验和冰风洞试验的限制,数值模拟软件正成为人们研究过冷大水滴结冰现象的主要工具,但过冷大水滴结冰机理的复杂性使得相关研究人员还没有建立准确的水滴运动模型和水滴撞击模型。本文针对现有的问题,以单个过冷大水滴撞击壁面结冰这一现象展开
【基金项目】
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中央高校基本科研业务费中国民航大学专项“过冷水滴撞壁结冰动态过程数值模拟与影响因素探究”（3122019164）；
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随着过冷大水滴（Supercooled Large Droplets,SLD）结冰气象条件被人们的发现和熟知,过冷大水滴给飞行安全带来的危害也越来越受到人们的重视。由于飞行试验和冰风洞试验的限制,数值模拟软件正成为人们研究过冷大水滴结冰现象的主要工具,但过冷大水滴结冰机理的复杂性使得相关研究人员还没有建立准确的水滴运动模型和水滴撞击模型。本文针对现有的问题,以单个过冷大水滴撞击壁面结冰这一现象展开研究,建立了模拟过冷大水滴撞击动力学行为的物理模型,并对数值工具的准确性展开验证,最终研究了各个因素对过冷大水滴撞击结冰的影响作用,本文主要研究内容如下:（1）本文建立了模拟过冷大水滴撞击壁面结冰动态过程的物理模型,使用商用软件FLUENT,使用其VOF模型以及焓-孔隙率模型,并结合动态接触角模型和过冷模型,完成了计算模型的搭建,并将模拟结果与实验结果进行比对,验证了数值模拟工具的准确性。（2）本文通过对适航规章FAR 25部附录O过冷大水滴结冰气象条件的查阅,确定了计算域边界条件的选取和设置,并对计算中所需的关键参数进行了设定和验证,最终针对研究内容确定了数值模拟所需要的Amush、网格分辨率、接触角等重要参数,并用于后文的模拟中。（3）本文通过数值模拟方法研究了水滴物性、壁面特性、空气因素对过冷大水滴撞击壁面结冰这一动力学过程,具体分析了各个因素对这一动力学过程的影响,数值模拟结果表明:影响过冷大水滴撞击壁面动力学过程的主要因素为水滴直径、水滴速度、壁面接触角、壁面倾斜角;水滴温度、壁面温度空气温度以及空气压力对这一过程影响作用有限,但会从其他方面影响水滴的结冰现象。（4）本文通过综合分析多重因素的共同影响,最终建立了基于接触角为150°的超疏水倾斜壁面的撞击模型,定义了描述水滴撞击壁面后运动状态的关键参数KSLD,研究发现100μm量级水滴的铺展与飞溅临界条件为43≤KSL D＜50,飞溅与反弹的临界条件为KSLD≥50,并对建立的撞击模型进行了验证。
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