结冰计算模型
Discrete Element Method
Eulerian Multiphase
Mixture Multiphase
水滴碰撞
Lagrangian Multiphase
水滴碰撞 水滴剥离
Fluid Film
水滴碰撞 水滴剥离
Dispersed Multiphase
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• 0° AoA • V∞ 75 m/s • Static temperature 7.0 C • Static pressure 95.840 kPa • Particle diameter 20.36 μm • Compressor face MFR 7.8 kg/s
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验证: 2D CT翼型 – 几何
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STAR-CCM+积冰防冰一体化解决方案
飞机积冰
பைடு நூலகம்
特定气象条件下在飞机表面发生的水分凝结成冰的现象，分为：明冰，霜冰，混合冰
多发于迎风表面，包括： 飞机的升力表面，机翼、尾翼 螺旋桨/旋翼 发动机进气道，整流罩/整流锥 风挡玻璃 外露传感器
主要危害： 改变机翼的升力/阻力特性，引气操纵失控 改变发动机进气量，脱落的冰体击伤运动部件 影响驾驶视线 导致传感器失灵
● LEVEL 2 – 模拟冰型增长
External Airflow
Super-Cooled Droplets
Fluid Film
Film Solidification (morpher)
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飞机积冰危害 飞机在飞行中因结冰导致的空难事故概率超过15%，最近的两起典型积冰导致的空难：
2009年6月 2006年6月
法航A330客机空难 空警-200预警机空难
皮托管结冰使飞机未 能侦测空速
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DMP 收集效率 737 验证案例
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DMP 收集效率 737 验证案例
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积冰涉及的物理问题
内流/外流 液滴的撞击和分布 液膜的形成 共轭传热 凝固/融化，液膜蒸发/冷凝
STAR-CCM+积冰解决方案
流场(3D Navier-Stokes)
Dispersed Phase分散相
Fluid Film液膜/相变
更新冰的形状
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飞机机翼结冰
12名机组人员及216 名乘客全数罹难
5名机组成员和35名空 军专家全部遇难
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积冰/防冰分析研究面临的问题
积冰 • 液膜/相变 • 冰的形状更新 • 气动性能分析
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DMP 收集效率 737 验证案例
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DMP 收集效率 737 验证案例
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737 客机发动机整流罩积冰分析
Solver Setup求解器设置
• 3D Segregated Solver • Steady • K-ω SST turbulence • Dispersed Multiphase
Physics Conditions物理条件
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积冰计算结果
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积冰计算结果
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Mesh Morph / Remesh网格变形/重构
One Tool One Model One Process
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积冰计算流程
● LEVEL 1 – 计算水滴收集效率
External Airflow
Super-Cooled Droplets
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Volume of Fluid
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积冰计算流程
• Dispersed Multiphase (DMP) 模拟液滴碰撞表面
• Fluid film 模型计算碰壁后形成的液膜
• 传热模型计算结冰比例，固体成冰，液体留在液膜内
• 壁面根据凝固质量变形并更新形状
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• STAR-CCM+ 计算结果与试验对比
• “Experimental Investigation of Ice Accretion Effects on a Swept Wing”, Papadakis, M., et al, DOT/FAA/AR-05/39, 2005
防冰系统 • 内流/外流 • 共轭传热 • 防冰设计优化
普通的工业方法对于上面的每一步都使用一个单独的程序
• 速度慢，麻烦，昂贵，容易出错（映射等）
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STAR-CCM+: 简化流程