基于传热原理的结冰条件探测方法及仿真研究

发布时间：2020-07-05 12:45

【摘要】：结冰严重威胁飞机安全,飞机结冰探测技术是结冰防护系统的重要组成部分,结冰条件探测技术直接探测气象条件以判断潜在的结冰危害,是结冰探测领域出现的新方向,相比于冻结型结冰探测方法,具有准确性高和预警性好的特点,有利于飞机适航审定过程,对于提高飞机结冰安全防护水平具有一定意义。首先本文对结冰探测技术进行分析,重点研究了一种基于传热原理的结冰条件探测方法,包括探测器导流构型的设计、探头的布置和测量电路的实现。接着采用拉格朗日方法建立水滴运动方程,完成水滴运动轨迹的计算,并基于探头在气液两相流中的传热原理,建立圆柱绕流热力学模型。然后采用CFD数值仿真方法搭建数值计算基础平台,编写UDF并链入数值计算模型中,对流场进行数值计算并分析计算结果以及该数值计算平台的有效性。接着基于数值计算基础平台模拟液滴的运动、撞击、蒸发相变等过程,研究分析液态水含量、水滴粒径、飞行速度、大气温度等参数对测量模型的影响。最后分析数值计算结果,进一步得出通过补偿方法来实现结冰气象条件的解算。数值计算结果显示,恒温工作模式下,该双探头探测器构型实现了对空气对流换热的补偿作用,而且在飞行速度、大气温度的特定影响下,液态水含量仍然可以用探头电阻的电功率来测量,进而可以结冰限制包线为基准解算结冰气象条件。
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：V321.229;V244.15
【图文】：

结构图,磁致伸缩,探测器,结构图

冰探测方法振技术的探测方法发展最为成熟，该方法所使用的敏感，当有液态水在表面冻结成冰时，会影响振动体的振动响振动频率的大小，利用这一原理可以实现结冰探测的致伸式缩结冰传感器、平膜式结冰传感器、谐振筒式结实现的。为美国 Goodrich 公司研制的磁致伸缩式结冰探测器的结有磁致伸缩性的材料制作而成，当同时受到激励线圈的就会沿探头的轴向方向振动，此时内部控制线路会控制振运动[17]。当探头上出现结冰现象时，探头的谐振频率当谐振频率降低到预先设置的阈值时探测器发出结冰告置，除冰结束后停止加热，待探头冷却又开始重新结冰过程，同时通过该周期时间我们可以了解到结冰强度等

网格生成,流场计算

有些情况下会降低计算误差、提高精度，但是划分网格的工作量大，尤其对于结构复杂的几何外形，还可能存在较高的数值伪扩散现象；非结构化网格系统生成相对简单，节点分布是任意性的，在采用二阶迎风离散格式的情况下也具有较高的精度，而且网格的疏密容易受到控制，能够很好的解决边界问题，适于具有复杂外形的几何结构模型[44]。因此，此处计算区域的离散化采用三角形的非结构化网格，对于研究探头撞击特性、蒸发模型时可能出现的不规律、不可预测的复杂外部结构变化情况是很合适的。流场计算域和网格生成情况如图 4-1 所示。图(a)为计算流场示意图，为使探头与气流能够充分接触且对流场的影响最小，将它们置于通道内距离出口尚有一段距离的地方，同时为避开竖直通道内的涡流，使 P2距离右侧壁面近些。由于探头对流动具有一定程度的影响，且是重点研究和分析的对象，其附近的数值计算应尽可能细化，所以对此处的网格进行手动加密处理，图(b)所示是 P1附近的非结构化网格分布情况，可以看出靠近圆柱形探头的三角形网格逐渐变得密集。P

【参考文献】