混合相/冰晶条件下的结冰研究综述

针对混合相/冰晶结冰问题，阐述了与过冷水结冰的差异及其危害。从混合相/冰晶结冰地面模拟试验设备、试验现象以及数值模拟3个方面详细论述了混合相/冰晶结冰的研究进展。其中，地面模拟试验设备以Cox冰风洞、NRC高空试验设备、NASA推进系统试验室、德国布伦瑞克冰风洞为例，总结了各自的冰晶生成方法和试验能力；分别介绍了以上4个地面模拟设备中开展的混合相/冰晶试验，分析了其试验现象的异同和产生的原因；针对混合相/冰晶结冰数值模拟中面临的4个关键问题：冰晶运动融化相变、冰晶黏附、侵蚀、结冰过程模拟，总结了现有模型和模拟方法，提出了不足之处。最后，对混合相/冰晶结冰有待进一步重点关注的研究方向进行了展望。     

冰晶粒子运动过程中的相变特性

针对冰晶在温暖环境下运动时固液汽耦合的相变现象，基于欧拉法建立了冰晶粒子的运动相变模型和计算方法。计算了冰晶粒子在强迫对流环境下的融化相变过程，与实验结果对比验证了运动相变模型和计算方法的准确性。针对NACA0012翼型计算了冰晶绕流运动时的热力学特性，得到了冰晶粒子到达撞击表面时的融化状态与收集系数。研究了冰晶粒径大小、初始球形度、气流相对湿度和温度对运动相变的影响。结果表明：冰晶粒子运动相变模型可以有效地评估冰晶结冰风险，冰晶粒子的融化速率主要取决于粒子直径、球形度、气流温度、湿度等因素，环境温度为288 K时冰晶粒子的融化时间为27.5 s，而相同条件下环境温度为302 K时的融化时间仅有5.2 s。     

热气流环境下非球形冰晶的运动换热特性（英文）

针对冰晶被航空发动机吸入后在热气流环境下的运动换热问题，建立了拉格朗日框架下冰晶运动-传热传质耦合的数值计算方法，对比了不同的冰晶融化模型和不同形状、粒径冰晶的运动换热差异。结果表明，相较于水覆盖模型，使用“裸”冰粒子模型时完全融化需要更长时间，20μm粒子需要0.04 s才能完全融化，但0.023 s之前“裸”冰粒子的融化速率却更快；相同条件下球形冰晶液态水含量较高，20μm球形冰晶在计算出口处液态水含量为49.05%。椭球形和宽六角形冰晶液态水含量很相近，出口处液态水含量为40%左右；粒径越小，越早开始融化，冰晶液态水含量总是更高。20μm的冰晶在出口处液态水含量高达60.4%，而40μm冰晶在出口处液态水含量只有15.5%。