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考虑动力学效应的结冰试验相似准则修正方法

李维浩 李伟斌 易贤 王应宇

李维浩, 李伟斌, 易贤, 等. 考虑动力学效应的结冰试验相似准则修正方法[J]. 实验流体力学, 2020, 34(3): 97-103. doi: 10.11729/syltlx20190166
引用本文: 李维浩, 李伟斌, 易贤, 等. 考虑动力学效应的结冰试验相似准则修正方法[J]. 实验流体力学, 2020, 34(3): 97-103. doi: 10.11729/syltlx20190166
LI Weihao, LI Weibin, YI Xian, et al. A correction method of icing testing scaling law with dynamic effects[J]. Journal of Experiments in Fluid Mechanics, 2020, 34(3): 97-103. doi: 10.11729/syltlx20190166
Citation: LI Weihao, LI Weibin, YI Xian, et al. A correction method of icing testing scaling law with dynamic effects[J]. Journal of Experiments in Fluid Mechanics, 2020, 34(3): 97-103. doi: 10.11729/syltlx20190166

考虑动力学效应的结冰试验相似准则修正方法

doi: 10.11729/syltlx20190166
基金项目: 

国家自然科学基金 11472296

国家自然科学基金 11802327

国家自然科学基金 51606213

详细信息
    作者简介:

    李维浩(1994-), 男, 辽宁抚顺人, 助理工程师。研究方向:飞机结冰与防/除冰。通信地址:四川省绵阳市涪城区二环路南段6号(621000)。E-mail:liweihao987@163.com

    通讯作者:

    易贤,E-mail: yixian_2000@163.com

  • 中图分类号: V211

A correction method of icing testing scaling law with dynamic effects

  • 摘要: 结冰相似准则是将飞行条件转换为试验参数的重要理论方法,然而现有的相似准则多基于小水滴结冰过程而提出,其在应用于大水滴的相似转换时会出现较大偏差。针对这一现状,开展考虑水滴动力学特性的结冰相似准则研究。首先,基于ONERA相似准则,融入关于水滴变形破碎和飞溅动力学特性的相似参数,提出了修正的结冰相似准则;其次,基于这两种相似准则,采用数值模拟的方法计算获得了修正前后的收集系数,并对比验证了修正方法的有效性;最后,分析两种修正方法得到的试验参数随尺寸缩比的变化情况,给出了所修正的相似准则在结冰试验中的应用建议。结果表明,本文修正方法提高了局部收集系数的吻合度,降低了收集系数平均误差和撞击极限误差,且应用该准则得到的缩比试验参数在结冰风洞的设计范围之内。该修正方法可以为过冷大水滴结冰风洞试验相似变换提供指导。
  • 图  1  参考条件与缩比条件的局部收集系数对比

    Figure  1.  Comparison of local collection coefficient reference condition and scaling condition

    图  2  流场速度比与模型尺寸缩比的关系

    Figure  2.  The relationship between the flow field velocity and the scale of the model dimension

    图  3  水滴直径比与模型尺寸缩比的关系

    Figure  3.  The relationship between the droplet diameter and the scale of the model dimension

    图  4  液态水含量比与模型尺寸缩比的关系

    Figure  4.  The relationship between the liquid water content and the scale of the model dimension

    图  5  结冰时间比与模型尺寸缩比的关系

    Figure  5.  The relationship between the freeze time and the scale of the model dimension

    表  1  影响结冰过程的变量的量纲

    Table  1.   The dimension of the variable that affects the icing process

    Variable Xb Xs ρa μa σ
    Dimension L4T-2 L0.75T-0.25 ML-3 ML-1T-1 MT-2
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    表  2  参考试验条件参数

    Table  2.   Parameters of reference condition

    Parameter Case 1 Case 2
    l/m 1 1
    p/Pa 70 121 54 048
    V/(m·s-1) 49.3 80.1
    d/μm 75 160
    LWC/(g·m-3) 0.5 0.5
    t/min 20 10
    T/℃ -20 -20
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    表  3  缩比试验条件参数(Case 1)

    Table  3.   Parameters of scaling condition (Case 1)

    Parameter Without correction πb correction πs correction
    l/m 0.5 0.5 0.5
    p/Pa 101 325 101 325 101 325
    V/(m·s-1) 41.0 93.5 50.6
    d/μm 57.1 41.7 52.7
    LWC/(g·m-3) 0.78 1.17 0.86
    t/min 7.74 2.26 5.66
    T/℃ -19.8 -20.8 -20.0
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    表  4  缩比试验条件参数(Case 2)

    Table  4.   Parameters of scaling condition (Case 2)

    Parameter Without correction πb correction πs correction
    l/m 0.5 0.5 0.5
    p/Pa 101 325 101 325 101 325
    V/(m·s-1) 58.5 146.3 131.6
    d/μm 136.0 96.0 99.9
    LWC/(g·m-3) 0.83 1.31 1.24
    t/min 4.15 1.01 1.23
    T/℃ -19.6 -21.8 -21.3
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    表  5  修正前后相似准则误差

    Table  5.   The errors of scaling law before and after correction

    Case Scaling law Errors of collection coefficient Errors of impacting limit
    Case 1 Without correction 13.1% 6.2%
    πb correction 2.3% 6.1%
    πs correction 9.5% 6.1%
    Case 2 Without correction 11.4% 17.4%
    πb correction 0.3% 10.2%
    πs correction 1.8% 10.1%
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出版历程
  • 收稿日期:  2019-12-09
  • 修回日期:  2020-01-05
  • 刊出日期:  2020-06-25

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    《实验流体力学》编辑部

    2021年8月13日