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结冰环境热合成双射流激励器工作特性数值研究

王小伟 张智慧 王娴

王小伟, 张智慧, 王娴. 结冰环境热合成双射流激励器工作特性数值研究[J]. 气体物理, 2022, 7(2): 65-74. doi: 10.19527/j.cnki.2096-1642.0947
引用本文: 王小伟, 张智慧, 王娴. 结冰环境热合成双射流激励器工作特性数值研究[J]. 气体物理, 2022, 7(2): 65-74. doi: 10.19527/j.cnki.2096-1642.0947
WANG Xiao-wei, ZHANG Zhi-hui, WANG Xian. Numerical Investigation on the Working Characteristics of Dual Synthetic Hot Jet Actuator in Icing Environment[J]. PHYSICS OF GASES, 2022, 7(2): 65-74. doi: 10.19527/j.cnki.2096-1642.0947
Citation: WANG Xiao-wei, ZHANG Zhi-hui, WANG Xian. Numerical Investigation on the Working Characteristics of Dual Synthetic Hot Jet Actuator in Icing Environment[J]. PHYSICS OF GASES, 2022, 7(2): 65-74. doi: 10.19527/j.cnki.2096-1642.0947

结冰环境热合成双射流激励器工作特性数值研究

doi: 10.19527/j.cnki.2096-1642.0947
基金项目: 

国家数值风洞工程 NNW2019ZT2-B27

详细信息
    作者简介:

    王小伟(1987-) 男, 硕士, 主要研究计算流体力学、飞行器防除冰技术. E-mail: 351981769@qq.com

    通讯作者:

    王娴(1977-) 教授, 主要研究计算流体力学、数值传热学、高性能计算. E-mail: wangxian@mail.xjtu.edu.cn

  • 中图分类号: V328.3

Numerical Investigation on the Working Characteristics of Dual Synthetic Hot Jet Actuator in Icing Environment

  • 摘要: 为研究结冰环境中热合成双射流激励器工作特性, 采用离散相模型(discrete phase model,DPM), 结合动网格方法, 数值研究了结冰环境中来流速度、液滴含量、液滴直径对激励器工作特性的影响. 结果表明, 来流速度较小时, 双射流激励器出口形成热合成射流融合区, 由于热射流的加热作用, 温度较高, 环境中的过冷液滴难以进入激励器腔体; 来流速度较大时, 射流涡向激励器两侧脱落, 液滴不断进入激励器腔体内, 激励器加热效率降低. 此外, 过冷液滴含量、直径对激励器周围速度场影响可以忽略; 随着过冷液滴浓度增加, 液滴直径减小, 激励器加热效率逐渐降低.

     

  • 图  1  热合成双射流激励器在结冰环境中工作物理模型

    Figure  1.  Physical model of dual synthetic hot jet actuator in icing environment

    图  2  热合成双射流激励器计算模型图

    Figure  2.  Computational model of dual synthetic hot jet actuator

    图  3  热合成双射流激励器出口监测点

    Figure  3.  Outlet monitoring points of dual synthetic hot jet actuator

    图  4  双射流激励器出口区域网格

    Figure  4.  Grids of outlet area of dual jet actuator

    图  5  双射流激励器出口AC点单周期内速度

    Figure  5.  Velocities of point A and C in single period at the outlet of dual jet actuator

    图  6  不同来流速度下,t=0.75τ0时刻流线及压力分布图

    Figure  6.  Streamlines and pressure distributions at t=0.75τ0 under different inlet velocities

    图  7  不同来流速度下激励器出口AC点单周期内速度

    Figure  7.  Velocities of point A and C in single period at the outlet of dual jet actuator under different inlet velocities

    图  8  不同来流速度下激励器出口D, E点单周期内速度

    Figure  8.  Velocities of point D and E in single period at the outlet of dual jet actuator under different inlet velocities

    图  9  不同来流速度下t=0.75τ0时刻温度分布图

    Figure  9.  Temperature distributions at t=0.75τ0 under different inlet velocities

    图  10  不同来流速度下激励器出口A, DI点单周期内温度

    Figure  10.  Temperatures of point A, D and I in single period at the outlet of dual jet actuator under different inlet velocities

    图  11  不同来流速度下,t=0.75τ0时刻流场液滴质量浓度分布

    Figure  11.  Distribution of droplet mass concentration at t=0.75τ0 under different inlet velocities

    图  12  不同来流速度下流场中D点单周期内液滴质量浓度

    Figure  12.  Droplet mass concentration at point D in single period under different inlet velocities

    图  13  不同来流速度下激励器Q1腔体单周期内总液滴质量浓度

    Figure  13.  Total droplet mass concentration in actuator cavity Q1 in single period under different inlet velocities

    图  14  不同液滴直径下流场中C点单周期内速度

    Figure  14.  Velocity of point C in single period with different droplet diameters

    图  15  不同液滴直径下流场中D点单周期内速度

    Figure  15.  Velocity of point D in single period with different droplet diameters

    图  16  不同液滴直径下流场中C点单周期内温度

    Figure  16.  Temperature of point C in single period with different droplet diameters

    图  17  不同液滴直径下流场中H点单周期内温度

    Figure  17.  Temperature of point H in single period with different droplet diameters

    图  18  不同液滴含量下流场中C点单周期内温度

    Figure  18.  Temperature of point C in single period with different droplet contents

    图  19  不同液滴含量下流场中H点单周期内温度

    Figure  19.  Temperature of point H in single period with different droplet contents

    表  1  双射流激励器结构及工作参数表[12]

    Table  1.   Structure and parameters of dual jet actuator[12]

    actuator cavity dual jet actuator outlet diaphragm
    quantity D/mm depth/mm quantity outlet size/mm outlet separation/mm Δ/mm f/Hz
    2 ϕ46 7 2 2×20 5 0.7 500
    下载: 导出CSV

    表  2  工况计算参数表

    Table  2.   Working conditions

    No. V/(m/s) MVD/μm LWC/(g/m3) T/K
    1~3 -3, -6, -10 100 10 248
    4~6 -6 15,40,100 1.0 248
    7~9 -6 100 0.3, 0.6, 1.0 248
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2021-08-23
  • 修回日期:  2021-09-13
  • 刊出日期:  2022-03-20

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