液滴变形-袋式-多模式破碎转换研究

飞机在结冰环境下飞行将会遇到过冷水滴,水滴与气流的相互作用会使水滴变形,运动轨迹发生改变。针对水滴在均匀气流中运动变形过程,采用相场方法捕捉水滴形态变化,结合格子玻尔兹曼通量求解器计算水滴‒空气两相流流场,比较了不同We数和Oh数、不同环境温度下的水滴形态变化及水滴运动加速过程,分析了水滴后缘流动发展特征及水滴变形过程的动力学行为规律;提出了水滴在气流中的运动阻力模型,进行了水滴撞击特性计算,并与实验结果进行对比,验证了水滴阻力模型的准确性。
研究发现：水滴在气流中的变形具有轴向压缩与径向压缩交替进行的特征,轴向压缩过程中的水滴最大纵横比随时间逐渐减小;水滴临近破碎时,边缘较厚,中心逐渐变薄,直至破碎;低温环境温度影响水滴变形幅度,但对于水滴运动过程的影响较小。本文建立的水滴阻力模型可实现更准确的水滴撞击特性计算,为后续飞机结冰计算提供准确输入。