壁面性質對過冷水結冰影響的實驗研究和理論分析.pdf

1、飛機在一定高度飛行時，空中的過冷水滴會碰撞在飛機表面并結冰，破壞飛機的氣動外形并影響發(fā)動機、傳感器等正常工作，是飛行安全的重大隱患。對結冰環(huán)境的規(guī)避及防除冰系統(tǒng)的設計都需要對飛機表面冰的生成進行可靠的預測，這要求掌握過冷水在飛機表面的結冰規(guī)律和機理。而目前過冷水在壁面附近的凝固規(guī)律認識不足，特別是理論描述較少。另一方面，雖然對防冰材料的研究被越來越多的關注，但材料表面性質對過冷水結冰的影響尚未得到充分認識。因此本文針對其現(xiàn)狀，對過冷水在

2、固壁附近的結冰規(guī)律以及固壁性質對冰生長的影響需要進行細致的研究，主要工作如下：
　　針對目前壁面性質對飛機過冷結冰理論的影響程度的未知，本文采用近壁研究實驗方法，通過改變壁面材質和涂層控制導熱率和接觸角兩個變量，并采用高速相機觀察了冰生長的過程，重點記錄冰生長的速率和形態(tài)，從而發(fā)現(xiàn)接觸角和導熱率兩種壁面性質對冰生長的影響。
　　通過實驗現(xiàn)象，整理實驗結果，得到壁面導熱率和接觸角與冰在壁面生長速度的關系。結果顯示壁面導熱率與壁

3、面上冰水平生長的速度成正相關。壁面導熱率還會影響冰前緣輪廓的形狀。在大導熱的金屬表面冰為圓形，在非金屬表面為不規(guī)則的枝狀。壁面接觸角與冰沿壁面的生長速度正相關，特別在導熱率低時影響明顯，而對垂直生長速度的影響可以忽略。
　　基于實驗中的現(xiàn)象，本文建立了冰近壁生長理論模型，預測了在不同導熱率壁面上的冰垂直和水平生長速度，并且討論了壁面接觸角影響近壁結冰的方式。對其影響冰生長機制的探討顯示，冰的接觸角可能與水的接觸角成反比。以上研究結