[发明专利]一种基于数值模拟的结冰风洞试验相似转换方法

权利要求书

1.一种基于数值模拟的结冰风洞试验相似转换方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)通过相似准则数，计算模型结冰的实验条件下的风速V_s和水滴中值直径δ_s；(2)检查V_s及δ_s是否在结冰风洞能力包线范围内；若其超过所述结冰风洞能力包线，对V_s及δ_s进行调整以符合结冰风洞能力包线范围；符合结冰风洞能力包线范围后进入下一步骤；(3)计算模型结冰的实验条件下的气流静温T_st,S及液态水含量LWC；(4)检查T_st,S及LWC是否在结冰风洞能力包线范围内；若其超过结冰风洞能力包线，对T_st,S及LWC进行调整以符合结冰风洞能力包线范围；符合结冰风洞能力包线范围后进入下一步骤；(5)计算模型结冰的实验条件下的结冰时间τ_s；(6)使用CFD软件对转换前后的状态进行模拟计算，对比转换前后的冰型计算结果，用以评估转换结果是否满足要求；若计算结果对比显示转换前后冰型相似程度小于90％，应重新选取参数。

2.根据权利要求1所述的相似转换方法，所述步骤(2)中，若V_s及δ_s超过结冰风洞能力包线，选择以下两种方法之一进行尝试：

a.指定任意风洞能力包线内的风速并计算δ_s；

b.对相似准则数K₀引入容差，调整风速或δ_s至结冰风洞能力包线范围内。

3.根据权利要求1所述的相似转换方法，所述步骤(4)中，若T_st,S及LWC超过结冰风洞能力包线，采用Olsen方法，选取T_st,S，并再次求解LWC，直到满足结冰风洞能力包线范围。

4.根据权利要求2所述的相似转换方法，所述步骤(4)中，若T_st,S及LWC超过结冰风洞能力包线，采用Olsen方法，选取T_st,S，并再次求解LWC，直到满足结冰风洞能力包线范围。

5.根据权利要求1-4任一所述的相似转换方法，所述步骤(1)中，所述V_s通过相似准则数W_eL确定，W_eL的定义如下：

通过(W_eL)_s＝(W_eL)_r，计算出V_s，

其中，ρ_w为液滴密度，L为特征尺寸，V为水滴撞击速度，σ_wa为水滴的表面张力系数，s为模型结冰的实验条件，r为全尺寸物体的参考结冰条件。

6.根据权利要求5所述的相似转换方法，其特征在于，所述步骤(1)中，所述δ_s通过相似准则数K₀确定，K₀的定义如下：

通过(K₀)_s＝(K₀)_r计算出δ_s，

其中，R_a为空气的气体常数，δ为水滴平均容积直径，T为绝对温度，μ_α为空气的粘度系数；P为压力；d为圆柱直径或机翼前缘半径的2倍；k_l和k为常量。

7.根据权利要求6所述的相似转换方法，所述步骤(3)中，所述T_st，S通过水滴能量传递势φ来确定，φ的定义如下：

通过φ_s＝φ_r计算出T_st,S，

其中，t_f为水冻结点温度，t_st为气流静温；c_p,ws为结冰表面水的比热容。