進氣帽罩結冰特性與旋轉和表面特性的相關性研究

《進氣帽罩結冰特性與旋轉和表面特性的相關性研究》是依託上海交通大學，由董威擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：進氣帽罩結冰特性與旋轉和表面特性的相關性研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：董威
• 依託單位：上海交通大學

項目摘要

發動機旋轉帽罩的結冰和防冰是一個複雜的涉及旋轉的多相流動換熱問題，其結冰特性受流動參數、旋轉特性和表面特性等多方面的因素影響，目前對於旋轉帽罩的結構防冰機理還認識不深，項目通過理論分析及數值計算，結合在冰風洞中開展的試驗研究，採用高速攝像技術研究分析旋轉帽罩結冰條件下表面水膜流動、凍結以及脫落的物理過程，對進氣帽罩結冰過程與旋轉特性、表面特性的相關性開展研究，建立帽罩結冰特性與流動參數、表面特性的關係，建立旋轉帽罩工作條件下結冰及防冰預測模型，認識發動機旋轉部件的防冰機理，發現新現象，探索新規律。通過此項研究，既可以拓展對飛機及發動機結冰機理的認識，更好地掌握旋轉特性和表面特性對發動機部件結冰和防冰設計的影響，研究結果也可以在其它結冰研究相關領域發揮作用，具有重要的學術意義和套用價值。

結題摘要

航空發動機進氣部件結冰會使得發動機進氣畸變、振動增加，脫落的積冰如果被發動機吸入會損壞發動機部件，嚴重影響飛行安全。進氣帽罩位於發動機進氣系統的前端，是最容易結凍的部件之一，其表面結冰和防冰是一個複雜的涉及旋轉的氣-液-固三相流動換熱問題，其結冰特性取決於流動參數、旋轉特性和表面特性等多方面的因素影響，課題通過理論、數值和實驗結合的方法，系統的開展航空發動機進氣帽罩的結冰和防冰機理的研究。項目開展了航空發動機進氣帽罩結冰和防冰有關的基礎理論研究，通過理論分析及數值計算，結合在冰風洞中開展的實驗研究，系統的研究了進氣帽罩結冰條件下水滴撞擊特性的計算方法研究，課題對錐角和轉速對於進氣帽罩局部水收集係數的影響進行了相關的研究工作，數值分析表明，轉速對於局部水收集係數的影響並不大，僅在轉速較低情況下，水滴的收集區域才會略有擴大，而對於頭部的最大局部水收集係數，帽罩轉速的影響可以忽略。項目研究建立了進氣帽罩表面液膜流動傳熱過程的數學模型，確定液膜破裂的臨界流動條件，分析液膜流動演變過程中各種因素的影響，並開展了相應的實驗研究工作，理論分析結果既適用靜止帽罩也適用旋轉帽罩。項目進行了結冰條件下帽罩熱氣防冰性能的計算值與實驗數據的對比分析，從計算結果與實驗結果的對比來看，項目建立的帽罩結冰條件下的流動熱力模型是合理可信的。項目對進氣帽罩結冰過程與旋轉特性、表面特性的相關性開展了研究，建立了帽罩結冰及防冰性能預測的數學模型，通過實驗研究對所建立的數學模型進行了驗證和完善，開展了進氣帽罩表面冰凍結粘附特性的實驗研究，獲得了不同材料、不同塗層表面凍的凍粘粘附特性實驗數據；理論上分析凍粘特性的物理機理，構建了凍結特性的評估方法，為冰脫離計算提供了相應的計算分析方法。項目研究以氣-液-固多相流動質量守恆方程、動量守恆方程、能量守恆方程及界面方程為基礎，建立描述旋轉帽罩水凍結過程的數學模型，分析來流參數對於旋轉帽罩表面結冰形狀的影響，建立帽罩積凍的預測模型；項目在冰風洞中開展了帽罩結冰和防冰機理的實驗研究，通過高速攝像得到了帽罩冰聚集特性，建立了進氣帽罩結冰和防冰研究的實驗方法，掌握高速攝像技術在發動機防冰實驗研究中的套用。課題的研究結果提高了對發動機進氣系統結冰和防冰機理的認識，對於提高我國航空發動機進氣防冰系統的設計水平提供了的理論基礎和實驗數據。