复杂气流环境下的过冷大水滴相变模型与结冰过程机理分析

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    11902271
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    27.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    A0910.计算流体力学
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2019
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2020-01-01 至2022-12-31

项目摘要

The freezing of supercooled large droplets (SLDs) significantly reduces the flight efficiency and safety, and the understanding of the freezing mechanism of SLDs is vital for developing a fast and accurate icing prediction method. Currently, the investigation of SLDs freezing mechanism considers that the airflow is static or has low speed, which ignores the influence of the ambient aerodynamics on the freezing process. In addition, the icing models and numerical methods of SLDs lack the versatility, accuracy and physical rationality. In this project, we develop a phase-change model based on the interface-interaction method to precisely resolve the underlying physical mechanism of the SLDs freezing. By coupling this new icing model and a multiphase numerical method, we propose a SLDs icing computation framework which is used to perform numerical simulations to study the effect of different parameters, such as the inflow speed, the cold wall temperature and the surface contact angle, on the freezing rate and ice shape. The research results of this project are useful to properly understand the SLDs freezing mechanism in the complex flow field, which guides the design and optimization of the aircraft deicing device.
过冷大水滴结冰严重影响着飞行效率和安全,对其结冰机理的研究有助于建立快速准确的结冰预测方法。目前过冷大水滴的结冰机理研究一般考虑静止气流或者很低速度的气流,所以忽略了环境气流对结冰过程的影响。另外对于过冷大水滴的物理建模和数值方法在通用性、精确性和物理合理性方面存在明显的缺陷。本项目发展了一种基于界面相互作用方法的结冰模型来精确地解析过冷大水滴结冰过程中的物理机制。将该结冰模型与一种多相流数值计算方法相耦合,本项目搭建了一个适合模拟过冷大水滴结冰的数值计算平台。通过数值模拟,研究不同来流参数、冷壁温度和表面接触角大小对复杂来流中过冷大水滴结冰速率和成冰外形的影响。本项目的研究成果有助于更准确地理解飞机表面复杂流场中过冷大水滴的结冰机理,从而为飞机防结冰装置的设计和优化提供理论依据。

结项摘要

过冷大水滴撞击到飞机表面会发生结冰,是造成飞机飞行安全问题的威胁之一。由于该问题包含较多空间时间尺度且蕴含多种物理现象,所以采用数值模拟相比于理论分析和实验测量可以获得更加详细的水滴内部细节演化,也更有利于分析结冰机理。本项目针对现有过冷大水滴的物理模型和数值方法在通用性、精确性和物理合理性方面存在的缺陷,开展了机翼表面复杂流场环境下的过冷大水滴结冰过程的物理建模、数值方法和数值模拟等方面的研究。首先,本项目提出了一种创新的守恒水平集方法来捕捉多相流中的物质界面演化,相比其他守恒水平集方法其具备保距离函数性质、高效率和高鲁棒性等优点,并基于此发展了一种高效率的清晰界面多相流模拟方法,非常适合求解过冷水滴变形和结冰问题中的动态界面和多相流。然后,基于界面相互作用方法发展了一种能保持热力学一致性的守恒相变模型,并提出一种新型近似四波黎曼求解器来快速鲁棒地求解该相变模型。另外,该模型进一步被推广到液滴结冰的液固相变情形。通过液滴蒸发、凝结和结冰等问题验证了该模型的通用性、精确性和物理合理性,并发现其与结冰过程的理论或实验值具有很好的吻合性。最后,本项目基于提出的界面捕捉算法、相变模型和多相流模拟方法发展了一套可以高效精确预测过冷大水滴在复杂环境下结冰过程的数值模拟程序,并采用其对不同来流参数、冷壁温度、表面接触角大小和壁面外形等下的过冷大水滴结冰机理进行了数值模拟研究。模拟结果厘清了不同环境因素对水滴结冰过程的影响规律,并总结出了结冰速率与来流速度和壁面温度等之间的经验关系式和标度律,可为飞机防除冰装置设计和优化提供理论支持。

项目成果

期刊论文数量(3)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(1)
专利数量(0)
火星着陆器超声速反推技术的数值模拟验证研究
  • DOI:
    10.12050/are20220411
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    气动研究与实验
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    倪嘉欢;潘书诚
  • 通讯作者:
    潘书诚
Numerical simulations of inert and reactive highly underexpanded jets
惰性和反应性高度欠膨胀射流的数值模拟
  • DOI:
    10.1063/1.5144558
  • 发表时间:
    2020-03
  • 期刊:
    Physics of Fluids
  • 影响因子:
    4.6
  • 作者:
    Hongmin Su;Jinsheng Cai;Kun Qu;Shucheng Pan
  • 通讯作者:
    Shucheng Pan

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其他文献

其他文献

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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