[發(fā)明專利]電加熱防冰系統(tǒng)的熱載荷分布設(shè)計(jì)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202310088148.4
• 申請(qǐng)日: 2023-02-09
• 公開（公告）號(hào): CN115817822B
• 公開（公告）日: 2023-04-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳寧立;易賢;王強(qiáng);柴得林
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國空氣動(dòng)力研究與發(fā)展中心低速空氣動(dòng)力研究所
• 主分類號(hào): B64D15/12
• 分類號(hào): B64D15/12;B64F5/00
• 代理公司: 四川中代知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 51358
• 代理人: 胡偉

1.一種電加熱防冰系統(tǒng)的熱載荷分布設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述電加熱防冰系統(tǒng)用于對(duì)加熱覆蓋區(qū)域進(jìn)行電加熱，所述加熱覆蓋區(qū)域包括多個(gè)加熱區(qū)域，其中，所述熱載荷分布設(shè)計(jì)方法包括：

基于預(yù)設(shè)的模擬條件，對(duì)所述加熱覆蓋區(qū)域外部的空氣和水滴流場進(jìn)行模擬，得到所述加熱覆蓋區(qū)域的每個(gè)網(wǎng)格單元的對(duì)流換熱系數(shù)和水滴撞擊質(zhì)量；

基于預(yù)設(shè)的目標(biāo)防冰溫度、所述對(duì)流換熱系數(shù)和所述水滴撞擊質(zhì)量，計(jì)算得到所述電加熱防冰系統(tǒng)在每個(gè)網(wǎng)格單元的熱載荷；

基于每個(gè)網(wǎng)格單元的熱載荷，確定所述多個(gè)加熱區(qū)域中的每個(gè)加熱區(qū)域的面平均防冰熱流；

基于每個(gè)加熱區(qū)域的面平均防冰熱流，針對(duì)每個(gè)網(wǎng)格單元，迭代地計(jì)算壁面溫度，直至所述壁面溫度相對(duì)于所述目標(biāo)防冰溫度收斂；

在每個(gè)網(wǎng)格單元的壁面溫度相對(duì)于所述目標(biāo)防冰溫度收斂的情況下，得到每個(gè)加熱區(qū)域的最終確定的面平均防冰熱流，從而根據(jù)所述最終確定的面平均防冰熱流來對(duì)所述電加熱防冰系統(tǒng)的熱載荷分布進(jìn)行設(shè)計(jì)；

通過以下等式來計(jì)算所述電加熱防冰系統(tǒng)在每個(gè)網(wǎng)格單元的熱載荷：

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其中，表示熱載荷，表示對(duì)流換熱帶走的熱量，表示撞擊水滴帶走的熱量，表示蒸發(fā)帶走的熱量，表示對(duì)流換熱系數(shù)，表示目標(biāo)防冰溫度，表示來流溫度，表示水的比熱容，表示水滴撞擊質(zhì)量，表示來流速度，表示蒸發(fā)的質(zhì)量率，表示水的蒸發(fā)潛熱，表示傳質(zhì)系數(shù)，表示預(yù)設(shè)常數(shù)，表示空氣的比熱容，表示水蒸氣的劉易斯數(shù)，表示氣壓；

所述電加熱防冰系統(tǒng)包括多層薄壁固體，其中，所述基于每個(gè)加熱區(qū)域的面平均防冰熱流，針對(duì)每個(gè)網(wǎng)格單元，迭代地計(jì)算壁面溫度，包括：

基于每個(gè)加熱區(qū)域的面平均防冰熱流，確定所述多層薄壁固體的傳熱邊界條件，并且在所述傳熱邊界條件下對(duì)所述多層薄壁固體進(jìn)行導(dǎo)熱計(jì)算，以針對(duì)每個(gè)網(wǎng)格單元，迭代地計(jì)算壁面溫度；

所述多層薄壁固體至少包括加熱層，其中，所述傳熱邊界條件包括第一邊界條件、第二邊界條件和第三邊界條件，其中，

所述第一邊界條件為將每個(gè)加熱區(qū)域的面平均防冰熱流以熱源的方式加入所述加熱層的導(dǎo)熱計(jì)算中，

所述第二邊界條件為，用于限制所述多層薄壁固體的底面，

所述第三邊界條件為，用于限制所述多層薄壁固體的上表面，其中，

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其中，表示多層薄壁固體的底面熱流，表示多層薄壁固體的上表面熱流，表示根據(jù)壁面溫度計(jì)算的對(duì)流換熱帶走的熱量，表示根據(jù)壁面溫度計(jì)算的撞擊水滴帶走的熱量，表示根據(jù)壁面溫度計(jì)算的蒸發(fā)帶走的熱量，表示壁面溫度；

所述針對(duì)每個(gè)網(wǎng)格單元，迭代地計(jì)算壁面溫度，包括：

在所述迭代地計(jì)算壁面溫度的每一次迭代中，針對(duì)任意一個(gè)網(wǎng)格單元，確定該網(wǎng)格單元的壁面溫度相對(duì)于所述目標(biāo)防冰溫度是否收斂；

在該網(wǎng)格單元的壁面溫度相對(duì)于所述目標(biāo)防冰溫度不收斂的情況下，對(duì)該網(wǎng)格單元的熱載荷進(jìn)行更新計(jì)算，以基于更新計(jì)算后的熱載荷，重新確定每個(gè)加熱區(qū)域的面平均防冰熱流；

通過以下等式對(duì)該網(wǎng)格單元的熱載荷進(jìn)行更新計(jì)算：

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其中，表示更新計(jì)算的熱載荷。

2.如權(quán)利要求1所述的熱載荷分布設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述模擬條件包括來流條件、云霧條件和壁溫條件中的至少一個(gè)，其中，所述來流條件包括來流速度、來流溫度和壓力中的至少一個(gè)，所述云霧條件包括水滴直徑和液態(tài)水含量中的至少一個(gè)，所述壁溫條件包括給定壁面溫度，其中，所述給定壁面溫度基于所述來流溫度來確定。

3.如權(quán)利要求1所述的熱載荷分布設(shè)計(jì)方法，其特征在于，通過以下不等式來表示所述壁面溫度相對(duì)于所述目標(biāo)防冰溫度收斂：

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其中，C表示溫度過余量。

4.如權(quán)利要求1所述的熱載荷分布設(shè)計(jì)方法，其特征在于，通過以下等式來計(jì)算所述面平均防冰熱流：

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其中，表示第N個(gè)加熱區(qū)域的面平均防冰熱流，表示第N個(gè)加熱區(qū)域的面積，表示第N個(gè)加熱區(qū)域中的第i個(gè)網(wǎng)格單元的熱載荷，表示第N個(gè)加熱區(qū)域中的第i個(gè)網(wǎng)格單元的面積。