Simcenter STAR-CCM+ 飞机机翼除冰系统
2023-09-16T07:42:00.000-0400
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摘要
飞机机翼除冰系统需要模拟流体域与固体域，即共轭传热。若只模拟流体域无法反应此除冰系统性能。本研究使用壳单元的固体，对应固体域有相同结果，但计算成本降低
详细信息
<背景>
当飞机机翼结冰，覆盖在机翼冰层厚度改变原先的机翼几何形状，影响紧邻机翼边界层流动，改变飞机空气动力学性能，即升力与阻力。例如在飞机起飞阶段，对飞机安全造成显著的影响。为了解决结冰问题，飞机设计加入了除冰系统，将热空气喷向飞机机翼蒙皮，使用热传机里，将固体冰层融化。
<工作流程>
<结论>
1. 本案例说明飞机机翼除冰系统与案例演示。
(1) 仅考虑流体域，就表明壁面区域的温度过高。
(2) 壳单元的结果与具有实体区域的原始模型的结果相同。
2. 本案例sim file使用Simcenter STAR-CCM+ 2206，几何档案可适用于其他版本。
当飞机机翼结冰，覆盖在机翼冰层厚度改变原先的机翼几何形状，影响紧邻机翼边界层流动，改变飞机空气动力学性能，即升力与阻力。例如在飞机起飞阶段，对飞机安全造成显著的影响。为了解决结冰问题，飞机设计加入了除冰系统，将热空气喷向飞机机翼蒙皮，使用热传机里，将固体冰层融化。
<工作流程>
- 模型几何
(1) 飞机机翼除冰系统显示如下:
(2) 除冰系统热空气入口有3个, 显示如下:
机翼固体蒙皮: 材料特性Al;
大气环境换热系数100 W/m^2-K, 参考温度 228 K。
案例 1:具有固体的机翼蒙皮;
案例 2:仅流体域具有环境条件的流体域壁面;
案例 3:带有壳单元的固体;
(3) 机翼蒙皮
(4) 仿真预期结果，流场流线显示如下, 流线着色是温度标量，在3个热空气入口有最高温。- 边界条件
机翼固体蒙皮: 材料特性Al;
大气环境换热系数100 W/m^2-K, 参考温度 228 K。
- 研究方法
案例 1:具有固体的机翼蒙皮;
案例 2:仅流体域具有环境条件的流体域壁面;
案例 3:带有壳单元的固体;
- 结果
(1) 流体区域的温度分布
仿真结果显示流体腔体(以中剖面为代表)与流体壁面边界温度分布，温度热点是在热空气入口。案例1与案例3有相同温度场分布。若忽略固体热传导效应(案例 2)，蒙皮对应三个喷口有高温。(2) 流体区域的温度分布
本模拟结果与项次(1)相同都是流体域仿真结果，只是更换视角。案例1与案例3有相同温度场分布。案例 2，蒙皮壁面对应三个喷口有高温。
(3) 固体区域的温度分布
案例1与案例3有相同固体区域温度场分布，可以看到壁面对应三个喷口有高温，因为有加入固体热传导效应，可以看到温度梯度变化。
<结论>
1. 本案例说明飞机机翼除冰系统与案例演示。
(1) 仅考虑流体域，就表明壁面区域的温度过高。
(2) 壳单元的结果与具有实体区域的原始模型的结果相同。
2. 本案例sim file使用Simcenter STAR-CCM+ 2206，几何档案可适用于其他版本。