题目：水滴运动及结冰模拟装置设计与仿真

本文为了研究水滴运动及结冰的机理性研究，设计了一套类似冰风洞的模拟装置。国内结冰风洞刚起步，还不完善，小型结冰模拟装置既能够具备结冰风洞对水滴运动及结冰的实验能力，也能够研究小尺寸模型的表面结冰的特性，同时节省了建造和运行成本。这套装置既有喷雾系统，也有制冷系统，可以模拟不同的水滴平均直径和液态水含量等云雾参数。

参考了国内外先进冰风洞的设计要点，设计了一套立式结构回流式的水滴运动及结冰的模拟装置，实验段截面为直径150mm的圆形截面，可以模拟20～50m/s，温度在-20℃～-40℃下的实验环境。模拟装置主体部分包括稳定段、收缩段、实验段、扩压段、拐角段等关键部分，为了获得均匀的气流分布，每个部分都进行了合理的布置和设计。

在结构设计的基础上，设计了喷雾系统、制冷系统构成了结冰模拟系统。喷雾系统是在课题组现有水处理系统和供水供气系统的基础上设计的，能够模拟不同的水滴直径大小及液态水含量。制冷系统根据模拟装置制冷量小的特点，采用了液氮喷雾制冷的方式代替了制冷机组和换热设备，这样降低了成本也节约了占地面积，同时可以快速地获得低温条件。

通过对不同导流片数量情况下内部气流场的计算，得到了各段的气流分布规律，比较了不同状态下的实验段的气流均匀性。利用DPM模型计算了水滴从喷雾架喷出后到每段的运动轨迹，得到了不同风速下水滴运动的规律。