一种防冰热载荷计算方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及一种防冰热载荷计算方法及系统，计算方法包括：基于划分的壁面网格单元，对于任意一个划分的网格单元，获取网格单元及其相邻网格单元各自的外表面温度；计算网格单元及其相邻网格单元各自的外表面防冰热载荷；计算所述网格单元及其相邻网格单元各自的中心温度；计算网格单元的内表面防冰热载荷，并将该内表面防冰热载荷作为网格单元的防冰热载荷。通过将外表温度转换为中心温度，从而将外表面防冰热载荷基于内部热传导计算出固体壁面的内表面防冰热载荷，并将该内表面的防冰热载荷作为防冰热载荷，使得计算出的防冰热载荷更接近真实防冰系统需要的载荷。更接近真实防冰系统需要的载荷。更接近真实防冰系统需要的载荷。

【技术实现步骤摘要】
一种防冰热载荷计算方法及系统


[0001]本专利技术涉及航空防冰
，具体涉及一种可以考虑固体内部导热的防冰热载荷计算方法及系统。

技术介绍

[0002]飞行器穿过含有过冷水滴的云层时，其迎风表面会发生结冰现象，结冰现象会严重危害飞行器的飞行安全。因此在飞行器的关键部位通常需要设计安装防冰系统。热防冰系统由于其效率高可靠性好等优点，目前是飞机和航空发动机上主要采用的防冰手段。热防冰系统设计过程时，首先需要进行防冰热载荷的计算，而后对所设计的防冰系统进行进一步考核和优化。现有的防冰热载荷计算方法中，计算得到的是固体壁面外表面（与空气相接触的表面）的防冰热载荷，存在获得的防冰热载荷与实际防冰热载荷误差较大的问题。
[0003]上述内容仅用于辅助理解本专利技术的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技术。

技术实现思路

[0004]本申请要解决的技术问题是提供一种防冰热载荷计算方法及系统，具有计算到的防冰热载荷更接近实际防冰热载荷的特点。
[0005]第一方面，一种实施例中提供一种防冰热载荷计算方法，对固体壁面对象的进行网格单元划分，划分为N个壁面网格单元，所述N为大于1的自然数；对于任意一个划分的网格单元，所述防冰热载荷计算方法包括：获取所述网格单元及其相邻网格单元各自的外表面温度；基于水滴蒸发吸收潜热，固体壁面对象与空气的对流换热热量，及撞击水滴的能量，计算所述网格单元及其相邻网格单元各自的外表面防冰热载荷；基于所述各自的外表面温度及各自的外表面防冰热载荷，计算所述网格单元及其相邻网格单元各自的中心温度；基于所述各自的外表面防冰热载荷及各自的中心温度，计算所述网格单元的内表面防冰热载荷；将所述网格单元的内表面防冰热载荷作为所述网格单元的防冰热载荷。
[0006]一种实施例中，所述防冰热载荷包括干防冰热载荷和/或湿防冰热载荷。
[0007]一种实施例中，所述的获取所述网格单元及其相邻网格单元各自的外表面温度，包括：对于干防冰，基于公式计算所述网格单元及其相邻网格单元各自的外表面温度，其中，T
s
为外表面温度；为蒸发质量，；为对应网格单元的水滴撞击质量；b=346.1；，为空气比热容常数，
Lewis为空气的刘易斯数，是常数，P0为所处环境的大气压，T0为所处的外部环境温度，h为对应网格单元的对流换热系数；h和均根据对固体壁面对象外部的空气流场和水滴场进行模拟计算得到；和/或，对于湿防冰，所述网格单元及其相邻网格单元各自的外表面温度为一个常数。
[0008]一种实施例中，所述的基于水滴蒸发吸收潜热，固体壁面对象与空气的对流换热热量，及撞击水滴的能量，计算所述网格单元及其相邻网格单元各自的外表面防冰热载荷，包括：对于干防冰，基于公式计算所述网格单元及其相邻网格单元各自的外表面防冰热载荷；其中，为外表面防冰热载荷；为水滴蒸发吸收潜热，，Le为水滴蒸发潜热，是常数；为固体壁面对象与空气的对流换热热量，；为撞击水滴的能量，，C
pw
是水的比热容，是常数，U0是飞行速度；对于湿防冰，基于公式计算所述网格单元及其相邻网格单元各自的外表面防冰热载荷；其中，为外表面防冰热载荷；为水滴蒸发吸收潜热，，Le为水滴蒸发潜热，是常数，为蒸发质量，，，，，，为空气比热容常数，Lewis是空气的刘易斯数，为常数，P0为所处环境的大气压，T0为所处的外部环境温度，h为对应网格单元的对流换热系数；为固体壁面对象与空气的对流换热热量，；为撞击水滴的能量，，C
pw
是水的比热容，是常数，U0是飞行速度，为对应网格单元的水滴撞击质量；h和均根据对固体壁面对象外部的空气流场和水滴场进行模拟计算得到。
[0009]一种实施例中，所述的基于所述各自的外表面温度及各自的外表面防冰热载荷，计算所述网格单元及其相邻网格单元各自的中心温度，包括：对于干防冰和/或湿防冰，基于公式计算第n个网格单元
中心的温度T
n
，其中，1≤n≤N；为第n个网格单元的外表面防冰热载荷；d为固体壁面对象的厚度；k为固体壁面对象的导热系数，为物性常数；T
sn
为第n个网格单元的外表面温度；基于公式和计算与所述网格单元相邻的网格单元对应的中心的温度T
n
‑1和T
n+1
，其中，1≤n≤N；为与第n个单元相邻的第n
‑
1个网格单元的外表面防冰热载荷；为与第n个单元相邻的第n+1个网格单元的外表面防冰热载荷；d为固体壁面对象的厚度；k为固体壁面对象的导热系数，为物性常数；和为与所述网格单元相邻的网格单元对应的外表面温度。
[0010]一种实施例中，所述的基于所述各自的外表面防冰热载荷及各自的中心温度，计算所述网格单元的内表面防冰热载荷，包括：对于干防冰和/或湿防冰，基于能量守恒，根据公式计算所述网格单元的内表面防冰热载荷；其中，，，为第n个网格单元中心到第n+1个网格单元中心的距离，为第n个网格单元中心到第n
‑
1个网格单元中心的距离。
[0011]第二方面，一种实施例中提供一种防冰热载荷计算系统，包括：网格划分单元，用于对固体壁面对象的进行网格单元划分，划分为N个壁面网格单元，所述N为大于1的自然数；任意网格单元防冰热载荷计算单元，包括，外表面温度获取子单元，用于获取所述网格单元及其相邻网格单元各自的外表面温度；外表面防冰热载荷计算子单元，用于基于水滴蒸发吸收潜热，固体壁面对象与空气的对流换热热量，及撞击水滴的能量，计算所述网格单元及其相邻网格单元各自的外表面防冰热载荷；中心温度计算子单元，用于基于所述各自的外表面温度及各自的外表面防冰热载荷，计算所述网格单元及其相邻网格单元各自的中心温度；内表面防冰热载荷计算子单元，用于基于所述各自的外表面防冰热载荷及各自的中心温度，计算所述网格单元的内表面防冰热载荷；防冰热载荷获取单元，用于将所述网格单元的内表面防冰热载荷作为所述网格单元的防冰热载荷进行获取。
[0012]第三方面，一种实施例中提供一种计算机可读存储介质，所述介质中存储有程序，所述程序能够被处理器加载并执行上述任意一种所述的防冰热载荷计算方法。
[0013]本专利技术的有益效果是：该方法中考虑固体壁面对象的内部导热，通过将外表温度转换为中心温度，从而将外表面防冰热载荷基于内部热传导计算出固体壁面的内表面防冰热载荷，并将该内表面的防冰热载荷作为防冰热载荷，解决了获取固体壁面对象内表面防冰热载荷的困难点，也同时使得计算出的防冰热载荷更接近真实防冰系统需要的载荷。
附图说明
[0014]图1是本申请一种实施例的防冰热载荷计算原理示意图；图2是本申请一种实施例的防冰热载荷计算方法流程示意图；图3是本申请一种实施例的基于网格单元的防冰热载荷计算原理示意图。
具体实施方式
[0015]下面通过具体实施方式结合附图对本专利技术作进一步详细说明。其中不同实施方式中类似元件采用了相关联的类似的元件标号。在以下的实施方式中，很多细节描述是为了使得本申请能被更好本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种防冰热载荷计算方法，其特征在于，对固体壁面对象的进行网格单元划分，划分为N个壁面网格单元，所述N为大于1的自然数；对于任意一个划分的网格单元，所述防冰热载荷计算方法包括：获取所述网格单元及其相邻网格单元各自的外表面温度；基于水滴蒸发吸收潜热，固体壁面对象与空气的对流换热热量，及撞击水滴的能量，计算所述网格单元及其相邻网格单元各自的外表面防冰热载荷；基于所述各自的外表面温度及各自的外表面防冰热载荷，计算所述网格单元及其相邻网格单元各自的中心温度；基于所述各自的外表面防冰热载荷及各自的中心温度，计算所述网格单元的内表面防冰热载荷；将所述网格单元的内表面防冰热载荷作为所述网格单元的防冰热载荷。2.如权利要求1所述的防冰热载荷计算方法，其特征在于，所述防冰热载荷包括干防冰热载荷和/或湿防冰热载荷。3.如权利要求2所述的防冰热载荷计算方法，其特征在于，所述的获取所述网格单元及其相邻网格单元各自的外表面温度，包括：对于干防冰，基于公式计算所述网格单元及其相邻网格单元各自的外表面温度，其中，T
s
为外表面温度；为蒸发质量，；为对应网格单元的水滴撞击质量；b=346.1；，为空气比热容常数，Lewis为空气的刘易斯数，是常数，P0为所处环境的大气压，T0为所处的外部环境温度，h为对应网格单元的对流换热系数；h和均根据对固体壁面对象外部的空气流场和水滴场进行模拟计算得到；和/或，对于湿防冰，所述网格单元及其相邻网格单元各自的外表面温度为一个常数。4.如权利要求3所述的防冰热载荷计算方法，其特征在于，所述的基于水滴蒸发吸收潜热，固体壁面对象与空气的对流换热热量，及撞击水滴的能量，计算所述网格单元及其相邻网格单元各自的外表面防冰热载荷，包括：对于干防冰，基于公式计算所述网格单元及其相邻网格单元各自的外表面防冰热载荷；其中，为外表面防冰热载荷；为水滴蒸发吸收潜热，，Le为水滴蒸发潜热，是常数；为固体壁面对象与空气的对流换热热量，；为撞击水滴的能量，，C
pw
是水的比热容，是常数，U0是飞行速度；对于湿防冰，基于公式计算所述网格单元及其相邻网格单元
各自的外表面防冰热载荷；其中，为外表面防冰热载荷；为水滴蒸发吸收潜热，，Le为水滴蒸发潜热，是常数，为蒸发质量，，，，，，为空气比热容常数，Lewis是空气的刘易斯数，为常数，P0为所处环境的大气压，T0为所处的外部环境温度，h为对应网格单元的对流换热系数；为固体壁面对象与空气的对流换热热量，；为撞击水滴的能量，，C
pw
是水的比热容，是常数，U0是飞行速度，为对应网格单元...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈宁立，易贤，王强，李庭宇，
申请(专利权)人：中国空气动力研究与发展中心低速空气动力研究所，
类型：发明
国别省市：