混合相态冰晶积冰的数值研究

郭琪磊，牛俊杰，安 博，桑为民，*，周 峰

(1. 西北工业大学 航空学院，西安 710072；2. 中国民用航空飞行学院 航空工程学院，广汉 618307；3. 中国商飞上海飞机设计研究院，上海 201210)

0 引 言

冰晶积冰是飞行安全的重要威胁。传统观点认为发动机结冰是由于过冷水滴撞击到发动机进气道前缘、整流罩、支板以及导流叶片表面进而引起外部结冰现象[1]。然而自从上世纪90年代以来，在超过海拔7 000 m且不存在过冷水滴的高空发生了多起大涵道比涡扇发动机功率损失事件，研究表明事故原因是由发动机所吸入冰晶在内涵道部件表面发生部分融化，进而结冰所导致的[2-3]。

当飞机为躲避低空中发生降雨的区域而在其上空巡航时，发动机会吸入大量冰晶。冰晶在发动机高温内流的作用下，会部分融化而形成冰水混合相。冰水混合相粒子会进一步在压气机叶片等发动机内部结构表面形成液态水膜，后续吸入的冰晶依附在这些润湿表面并将表面温度冷却至冰点以下。伴随着冰晶的持续吸入，最终会在内部结构表面累积成冰。与过冷水滴撞击所引发的发动机外部结冰不同，在发动机整个低压压气机至高压压气机一级静子叶片区域均可能发生冰晶结冰现象[2-4]。冰晶积冰会导致发动机喘振、熄火、功率损失，甚至会由于冰脱落而造成内部结构损伤[3]。

国内外学者分别采用地面试验和数值模拟方法对冰晶结冰机理进行深入研究。在试验研究方面，Struck[5]、Currie[6]等认为可以用湿球温度Twb作为结冰是否稳固的判断依据，即当Twb＜ 0℃时，润湿表面可以形成稳固的积冰。……