● 摘要
飞机在含有过冷水滴的低温云层中飞行时机翼及机身会发生结冰现象。结冰会对飞机的气动性能产生重要影响，如增加阻力，降低最大升力。因此，需要对飞机结冰进行模拟，更好的掌握其发生及生长规律，从而有效的安排防除冰措施，降低飞行的危险性。目前针对飞机结冰采取的模拟方法主要有两种：试验法和数值模拟法。其中试验准确度更高，但试验花费成本较高，且对试验水平有很高的要求。与试验相比，数值模拟无需很大的成本，可以对各种结冰条件进行模拟，因此逐渐受到研究人员的重视。本文结合欧拉法求解了在不同结冰条件下三维机翼的结冰情况。首先，基于欧拉两相流理论求解空气水滴两相流流场，计算出三维机翼上的水滴撞击特性，同时研究了计算过程中的网格独立性问题；其次，改进经典Messinger结冰热力学模型，考虑了表面三维特性对质量、能量传递的影响，将质量传递和能量传递沿机翼弦向和展向进行分解，同时计算了溢流水引起的能量变化，提出了适用于三维问题的雷诺比拟求解对流换热系数的方法；最后，采用冰沿机翼表面法向生长的方式计算了一个时间步长内的三维机翼表面结冰。利用FLUENT软件用户自定义函数功能对上述计算进行编程实现。将本文的计算结果与文献中的试验结果以及国际上已知的三维结冰计算软件FENSAP-ICE的求解结果进行比较，取得了较好的对比结果，验证了本文针对三维结冰问题所提出的计算方法以及编写的计算程序的正确性。