题目：机翼防冰表面水膜破裂及溪状流模拟研究

 

飞机在飞行过程中表面结冰会影响其空气动力性能并导致大量的飞行事故，为保证飞机在结冰条件下的飞行安全，大多数的飞机都要安装防冰系统。飞机防冰是一个复杂的传热传质过程，表面溢流水的流动形态变化受空气动力、表面张力等多方面因素的影响，会从水膜过渡到溪状流，从而改变防冰表面润湿情况，这对防冰系统的传热特性影响较大。

为了准确地预测防冰系统热载荷和防冰表面温度，本文对二维机翼表面溢流水的流动状态和传热特性进行了仿真计算：依据剪切力驱动模型，推导了水膜破裂前后的速度分布；引入能量最低原理，建立了水膜破裂成为溪状流的模型，运用数值迭代方法对水膜破裂的临界厚度进行了求解；基于Messinger热力学模型，分析了机翼防冰热载荷的组成，探索了壁面温度预测的方法和流程。并且应用FLUENT软件的二次开发功能编程和加载计算模块，分别以水膜模型和溪状流模型进行了算例计算。计算结果肯定了溢流水蒸发散走的热量在防冰热载荷计算中的重要性，并显示出引入水膜破裂模型后，溢流水沿机翼展向的润湿范围减小，而沿机翼弦向的溢流范围增大，使防冰表面上热载荷较集中的位置向下游偏移。

本文按照剪切力方向对溢流水流动进行分配，把考虑溢流水膜破裂的模型扩展到三维防冰表面，并以此模型的计算程序为基础，使用内外强固耦合的方法，对某机翼热气防冰系统进行了表面温度预测的算例计算，得到了比较合理的温度分布结果，验证了程序的适用性。本文的水膜破裂成溪状流模型同样可应用到结冰模型中。