免费论文：遨游器元件积冰的数值模仿

跟着宇航航天本领的飞快超过和人民财经的连接兴盛，民用宇航输送的效率越来越大，运用也越来越一致。随之而来的安定性题目也日益获得人们的关心，个中，宇航器积冰题目从来此后是人们关心的一个中心。因为计划流膂力学（CFD）的连接超过，在搀杂形状上求解雷诺平衡Navier-Stokes方程仍旧变成大概，CFD本领仍旧变成工程运用范围与试验流膂力学并列的要害本领本领。早期的积冰数值模仿大多创造在平面洪势流本领或求解Euler方程的普通之上，没有商量粘性的感化；在雨滴撞击个性的计划上，沿用拉格朗日本领或欧拉本领来赢得雨滴的疏通个性和翼型外表的撞击个性。保守拉格朗日本领的计划量较大，功效较低；欧拉方规则须要求解两相流方程，抑制性受数值方法和计划本领的感化。在商量受情况温度感化的积冰进程中，杰出热力学模子是个中的要害。暂时的热力学模子都以Messiger的遏制面积法为普通，在简直领会各个热力学物理量时有所辨别。在积冰的数值模仿进程中，常常将积冰的延长看作是一个准定常的进程，即觉得在确定的功夫段内，积冰的成长对流场的感化不妨忽视。一个典范的功夫段内，积冰数值模仿的办法常常分为三个阶段：开始，运用CFD东西求解积冰东西的绕流流场；其次，求解雨滴的疏通方程以赢得积冰东西外表的撞击个性；结果，按照积冰成长模子来决定积冰后的形状。这一进程重复举行，直到到达所诉求的积冰功夫。简直而言，正文的重要接洽处事会合在如次几个上面：（1）通用的、鲁棒的CFD震动解算器。经过求解可收缩粘性雷诺平衡实足Navier-Stokes方程来赢得积冰东西的绕流流场。为了赢得较高的计划功效和真实的计划精度，沿用了老练的JST重心差分方法共同有限体积本领来举行空间分割，并归纳沿用了本地功夫步长、隐式残值光顺等本领来加快抑制到定常解；为了符合积冰后的不准则形状，沿用了点-点对接的多块网格体例；沿用了假造网格来举行边境前提的一致处置；在湍流模子上面，沿用了Spalart-Allamas一方程湍流模子来普及解算器对辨别震动的模仿本领。对震动解算器的数值试验表白，所沿用的本领不妨较好的模仿低亚音速前提下的震动题目，这适合常常情景下的积冰前提，对震动附面层的模仿也较为真实，不妨运用于积冰的数值模仿。（2）积冰形状对气动个性的感化。各别情况温度下的积冰形状各不沟通，在低温区，常常产生简单冰角的楔形积冰，称为霜冰；而在邻近0℃的负温区间，则简单产生多冰角的搀杂积冰形状，称为明冰或毛冰。在对那些积冰形状举行气能源计划时，常常霜冰类形状沿用普遍的单块或多块构造化网格即可实行领会计划，但对于明冰或毛冰这类搀杂形状，纵然多块构造化网格也很难实足满意网格天生的诉求，所以兴盛了鉴于点-点对接的多块搀和网格天生本领，很好的实行了搀杂积冰形状的气动个性计划题目。（3）雨滴轨迹的计划和积冰东西外表的撞个性计划。在积冰的数值模仿中，雨滴的关系计划对最闭幕果有很大的感化，所以，对雨滴轨迹、外表撞击个性的计划应具备较高的精度。同声，保守拉格朗日本领雨滴轨迹的蹑踪计划功效卑下，对于所有积冰数值模仿的计划功夫有很大的感化。在计划功效上面，兴盛了一种鉴于“微团”观念的矫正的拉格朗日本领，以缩小须要盯梢计划的雨滴数目；沿用本地功夫步长本领，以缩小单个雨滴轨迹的计划功夫。这两种本领的归纳运用，大大缩小了积冰数值模仿总的计划功夫。在计划精度上面，不复沿用保守的表面积插值和大略线性插值，引入了有限元本领中的等参元插值本领，大大普及了流场的插值精度，使撞击个性的计划精度获得了进一步普及。（4）受情况温度感化的积冰热力学模子的创造。各别情况下的积冰形状是各别的，所以须要商量进热力学的感化。经过对雨滴撞击到积冰东西外表发端直到实足冻结这一物理进程的领会，创造起鉴于遏制面积本领的热力学模子，对应于光冰和霜冰模子。经过停止系数将因为相变效率而丢失的液态水细分为挥发和升华两局部，创造起相映的热力学领会模子，对原始的Messiger模子举行了矫正。以此为普通，对NACA0012在典范积冰温度下的积冰进程举行了数值模仿。

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