翼型湿空气非平衡凝结流动的数值研究

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1、第31卷第8期20lO年8月航空学报ACTAAERONAUTICAETASTRONAUTICAS1NICAV01．3lNO．8Aug．2010文章编号：i000—6893(2010)08—1546—06翼型湿空气非平衡凝结流动的数值研究孙秀玲，李亮，李国君(西安交通大学能源与动力工程学院，陕西西安710049)NumericaIInvestigationofMoistAirFlowwithNon-equilibriumCondensationAroundAirfoilsSunXiuling，LiLiang，LiGuojun(SchoolofEner

2、gyandPowerEngineering，Xi’anJiaotongUniversity，Xi’an710049，China)摘要：湿空气非平衡凝结会对机翼的气动特性造成显著影响。通过对Fluent软件进行二次开发，发展了一种求解湿空气非平衡凝结流动的数值方法并进行了验证。对NACA0012翼型在迎角为o。和1．5。时的湿空气非平衡凝结流动进行了分析。结果表明：与干空气流动相比，在30％～70％相对湿度范围内，湿空气非平衡凝结流动中升力系数显著降低，而阻力系数则可能增加或减小；O。迎角条件下，压差阻力系数最大增加了68．3％；在迎角为1．5。时，

3、升力系数最大减小39．8％，而压差阻力系数最大减小了34．8％。造成翼型气动特性显著变化的原因在于：湿空气中水蒸气凝结放热对跨声速气流加热，导致翼型表面附近的流速、压力与流场结构发生了显著变化。关键词：翼型；湿空气；凝结；气动特性；数值研究中图分类号：V211．41文献标识码：AAbstract：Theaerodynamiccharacteristicsofairfoilaresignificantlyinfluencedbynon-equilibriumcondensationofmoistair．BasedontheFluentsoftware

4、，anewalgorithmisdevelopedtOsimulatethemoistairflowwithnon-equilibriumcondensation．NumericalsimulationisimplementedtOinvestigatethecondensingflowofmoistairaroundtheNACA0012airfoilat0。and1．5。anglesofattackrespectively．Resultsshowthatcomparedwiththedryairflow，theliftcoefficientde

5、creasesobviouslywhereasthedragcoefficientmayincreaseordecreaseattherelativehumidityof30％-70％．At0。angleofattack，amaximumdragincreaseof68．3％isobserved．At1．5。angleofattack，amaximumliftdecreaseof39．8％andamaximumdragdecreaseof34．8％arefoundOUt．ThemechanismleadingtOthesignificantchan

6、geofaerodynamiccharacteristicsofairfoilisanalyzed．Withthecondensationofwatervaporinmoistair，latentheatisreleasedandaddedtOthesurroundingtransonicairflow．Asaresult，thevelocity，pressureandflowfieldstructureofthemoistairflowaresignificantlychanged．Keywords：airfoils；moistair；conde

7、nsation；aerodynamiccharacteristics；numericalinvestigation凝结现象广泛存在于自然界和丁程技术领域。凝结与流体流动相耦合，产生了许多具有重要工程技术应用背景的科学问题。大气飞行条件下湿空气中的水蒸气凝结影响机翼气动特性的问题就是其中之一。大气是由湿空气(干空气+水蒸气)、尘埃和离子等悬浮物组成的混和物。飞机在大气中飞行时，当湿空气流动至机翼前缘，流动滞止，当地压力、温度升高，相对湿度减小。湿空气绕机翼膨胀流动，速度升高，当地压力、温度降低，相对湿度增加。随着湿空气达到饱和状态，湿空气中的水蒸气就

8、会凝结出来。由于湿空气膨胀收稿日期：2009—08—27：修订日期：201004—19基金项目：巾央高校基本科研业务费专项