[發(fā)明專(zhuān)利]飛行結(jié)冰的數(shù)值模擬方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110388711.7
• 申請(qǐng)日: 2011-11-30
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102682145A
• 公開(kāi)（公告）日: 2012-09-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 路明
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 天津空中代碼工程應(yīng)用軟件開(kāi)發(fā)有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): G06F17/50
• 分類(lèi)號(hào): G06F17/50
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

1.一種用于模擬飛行器的飛行結(jié)冰的數(shù)值方法，來(lái)模擬飛行器在空中飛行期間遭遇結(jié)冰時(shí)的狀態(tài)。其主要特征是包括用于模擬空氣-超冷水滴的運(yùn)動(dòng)的兩相流流動(dòng)的單流體模型中壁面水膜表面的速度分解和水膜厚度的算法、在計(jì)算冰層形狀和內(nèi)部的溫度分布的水膜結(jié)冰狀態(tài)模型中采用網(wǎng)格加密方法追蹤結(jié)冰界面的算法、基于固定計(jì)算網(wǎng)格利用上述模型和算法進(jìn)行飛行結(jié)冰數(shù)值模擬計(jì)算的流程。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于模擬飛行器的飛行結(jié)冰的數(shù)值方法，其特征在于，所述的用于模擬空氣-超冷水滴的運(yùn)動(dòng)的兩相流流動(dòng)的單流體模型中壁面水膜表面的速度分解和水膜厚度的算法，具體步驟是：

(1)設(shè)定一個(gè)壁面上超冷液態(tài)水的運(yùn)動(dòng)粘度v為初始值；

(2)按照不可壓縮邊界層速度分布公式求得假想水膜表面的速度u_2f；

(3)按照質(zhì)量平均求液態(tài)水邊界層的速度u₂；

(4)求空氣的速度u₁；

(5)空氣-水膜邊界層的速度分布積分S與兩相流單流體模型的邊界層速度分布積分S_m進(jìn)行比較，求二者的差值；

(6)比較步驟(5)的結(jié)果S和S_m，如果在誤差范圍內(nèi)則結(jié)束，否則調(diào)整運(yùn)動(dòng)粘度，回到步驟(2)，直到求得精確的假想水膜表面速度；

(7)按照不可壓縮流邊界層理論求假想水膜沿著壁面的法向速度，而該速度也是超冷水滴在壁面法向速度分量v₂；

(8)用積分時(shí)間長(zhǎng)度Δt乘以超冷水滴在壁面法向速度分量v₂，獲得真實(shí)的水膜厚度；

(9)真實(shí)的水膜表面流動(dòng)速度由邊界層內(nèi)部流動(dòng)速度的線性分布的假設(shè)獲得。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于模擬飛行器的飛行結(jié)冰的數(shù)值方法，其特征在于，所述的在計(jì)算冰層形狀和內(nèi)部的溫度分布的水膜結(jié)冰狀態(tài)模型中采用網(wǎng)格加密方法追蹤結(jié)冰界面的算法，需要在水膜中生成至少三層計(jì)算網(wǎng)格，在其下方的冰層中至少生成三層網(wǎng)格，這六層網(wǎng)格形成相變區(qū)，水凝結(jié)成冰的相變過(guò)程將發(fā)生在其中，并形成新的結(jié)冰界面。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于模擬飛行器的飛行結(jié)冰的數(shù)值方法，其特征在于，所述的基于固定計(jì)算網(wǎng)格利用上述模型和算法進(jìn)行飛行結(jié)冰數(shù)值模擬計(jì)算的流程，具體步驟是：

(1)未結(jié)冰的飛行器周?chē)?jì)算網(wǎng)格的生成；

(2)規(guī)定計(jì)算的開(kāi)始時(shí)刻；

(3)進(jìn)行飛行器外部空氣-超冷水滴的運(yùn)動(dòng)的單流體兩相流流動(dòng)模擬；

(4)求飛行器壁面網(wǎng)格內(nèi)假想水膜的厚度；

(5)進(jìn)行空氣-水膜的兩相流速度分解，獲得假想水膜表面速度；

(6)求假想水膜表面運(yùn)動(dòng)的法向速度；

(7)求正是水膜的厚度和表面速度；

(8)檢測(cè)壁面是否已經(jīng)有結(jié)冰。如果沒(méi)有結(jié)冰，用Messinger結(jié)冰模型計(jì)算結(jié)冰量，否則進(jìn)入下個(gè)步驟；

(9)將水膜和其下方的冰層進(jìn)行網(wǎng)格加密，構(gòu)成相變區(qū)，進(jìn)入結(jié)冰狀態(tài)模型；

(10)在冰層內(nèi)部計(jì)算溫度分布，同時(shí)求得飛行器壁面結(jié)冰量并構(gòu)成新的結(jié)冰界面；

(11)將剩余的水膜折算到外部計(jì)算域的邊界中的超冷水滴的體積分?jǐn)?shù)中；

(12)重新劃分外部流場(chǎng)計(jì)算域和內(nèi)部結(jié)冰計(jì)算域；

(13)回到步驟(2)，進(jìn)行下一個(gè)時(shí)刻的流體兩相流單流體流動(dòng)模擬計(jì)算。