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传感器与微系统（Transducer and Microsystem Technologies）
2018年第37卷第10期
DOI:10.13873/J.10009787( 2018 )10005403
某型温度传感器防冰结构防冰效果的仿真分析
张进，姜志恒，李瑜，温铁钝
（中国航发控制系统研究所传感系统工程部，江苏无锡214063）
摘要：基于计算液体动力学(CFD)计算仿真软件STAR-CCM+11.06,对某型温度传感器的防冰结构进行了防冰效果的数值模拟分析，获得防冰结构绕流流场，过冷水滴运动方式，防冰结构表面过冷水滴的收集情况、冰层增长情况及冰层形状。计算结果表明：来流马赫数Ma大于等于0.1的情况下，防冰结构能够实现较好的防冰效果，随着来流马赫数的减小，防冰效果变差：冰层持续增长会导致管路封冻，防冰结构不具备自我清洁的能力。
关键词：计算流体动力学；防冰结构；绕流流场；过冷水滴；冰层增长
中图分类号：V271.4
文献标识码：B
文章编号：1000-9787(2018)10-0054-03
Simulation and analysis of anti-icing effect of an anti-icing structure of temperature sensor
ZHANG Jin, JIANG Zhi-heng, LI Yu, WEN Tie-dun
( Sensing System Engineering Department, Aero Engine Control System Institute, Wuxi 214063, China ) Abstract: Numerical simulation and analysis on anti-icing effect of an anti-icing structure of temperature sensor is carried out, based on STAR-CCM +11. 06, a computational fluid dynamics( CFD )computation and simulation software. Flow field around anti-icing structure, movement mode of overcooled water droplets , the over cooled water droplets collection of anti-icing structure surface and ice layer growth and shape of icing layer. The result shows that the anti-icing structure can get good effect when the mach number Ma is above 0. 1, and the effect will get worse for lower mach number; sustainable growth will cause pipe freezing, anti-icing structure not having the ability of self-cleaning.
Keywords: computational fluid dynamics( CFD ); anti-icing structure; flow field around; overcooled water droplets; ice accretion
0引言
研究表明1],光冰对于飞机表面的影响较霜冰更为显著。飞机表面结冰大多会带来很多不良后果，本文着重关注的温度传感器表面结冰，尤其是感温元件表面结冰，会导致感温元件与环境换热热阻值变大，温度响应退钝，受冰层自身温度的影响，传感器测量温度会与待测环境温度出现较大偏差，严重影响温度传感器的正常工作。因此，开展发动机飞行环境下温度传感器防冰结构设计及防冰效果研究具有必要性。
研究飞机表面的结冰过程常用方法中[2]对于较为复杂的结霜、结冰间题，建立数理模型，采用数值模拟仿真方法，编程或者使用商业软件求解过冷水滴运动、撞击壁面及结冰的热物理现象是较为可行的研究途径3」。本文基于计算流体动力学(computationalfluiddynamics，CFD)计算仿真款件STAR-CCM+11.06，对某型温度传感器的防冰结构进行了模拟分析，获得防冰结构绕流流场，过冷水滴运动，防冰
收稿日期：2017-10-23
结构表面过冷水滴收集情况、冰层增长情况及冰层形状 1研究对象与求解设置
1.1结构形式与网格划分
本文选取的研究对象为某型号航空发动机T1总温传感器，布置位置为发动机进气道入口附近，该设置具有较高的结冰风险，因此，传感器具备防冰结构的设计。传感器结构及外形尺寸如图1所示。
进气口接线端
防冰结构
防冰孔感温元件
S08
安装底座
月
图1传感器的结构形式及外形尺寸
用