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结冰风洞试验段云雾粒径测量与控制实验研究

郭龙 程尧 王梓旭

郭龙, 程尧, 王梓旭. 结冰风洞试验段云雾粒径测量与控制实验研究[J]. 实验流体力学, 2018, 32(2): 55-60. doi: 10.11729/syltlx20170096
引用本文: 郭龙, 程尧, 王梓旭. 结冰风洞试验段云雾粒径测量与控制实验研究[J]. 实验流体力学, 2018, 32(2): 55-60. doi: 10.11729/syltlx20170096
Guo Long, Cheng Yao, Wang Zixu. Experimental study on droplet size measurement and control of icing cloud in icing wind tunnel[J]. Journal of Experiments in Fluid Mechanics, 2018, 32(2): 55-60. doi: 10.11729/syltlx20170096
Citation: Guo Long, Cheng Yao, Wang Zixu. Experimental study on droplet size measurement and control of icing cloud in icing wind tunnel[J]. Journal of Experiments in Fluid Mechanics, 2018, 32(2): 55-60. doi: 10.11729/syltlx20170096

结冰风洞试验段云雾粒径测量与控制实验研究

doi: 10.11729/syltlx20170096
基金项目: 

国家重点基础研究发展计划 2015CB755800

详细信息
    作者简介:

    郭龙(1980-), 男, 陕西淳化人, 高级工程师。研究方向:飞行器结冰试验技术。通信地址:四川省绵阳市二环路南段6号(621000)。E-mail:lgguo@163.com

    通讯作者:

    郭龙, E-mail:lgguo@163.com

  • 中图分类号: V211.74;V211.752

Experimental study on droplet size measurement and control of icing cloud in icing wind tunnel

  • 摘要: 准确测量与控制云雾粒径对结冰风洞开展试验具有重要意义。为了研究3m×2m结冰风洞的云雾粒径特性及其影响因素,应用相位多普勒飞行探头系统(PDI-FPDR)开展试验段云雾平均体积直径(MVD)的测量与控制实验,获取了不同状态下的MVD变化规律,通过综合对比分析,探索了压力、风速、温度等因素对云雾粒径的影响。结果表明:云雾粒径对喷雾系统水压、气压的变化十分敏感,且MVD与喷雾气压成反比;气流风速和温度对风洞中云雾液滴的蒸发和碰撞特性影响不明显,MVD受其影响不大,不同状态的最大相对偏差在±10%的误差范围内;MVD受风洞环境负压作用而显著减小。
  • 图  1  结冰风洞轮廓图

    Figure  1.  The sketch of icing wind tunnel

    图  2  PDI-FP测量原理图

    Figure  2.  Schematic diagram of PDI-FP measurement

    图  3  安装于风洞中的PDI-FP

    Figure  3.  PDI-FP install in icing wind tunnel

    图  4  试验测量结果与拟合结果对比

    Figure  4.  Comparison of measured MVD and fitting results

    图  5  水、气压力对MVD的影响

    Figure  5.  Effect of spray bar air and water pressures on MVD

    图  6  不同风速下的MVD变化曲线

    Figure  6.  Effect of airspeeds on MVD

    图  7  不同温度时的MVD变化曲线

    Figure  7.  Effect of static air temperatures on MVD

    图  8  环境压力对MVD的影响曲线

    Figure  8.  Effect of wind tunnel pressure on MVD

    表  1  典型系数结果

    Table  1.   Typical coefficients

    Water
    pressure/MPa
    a b c d e
    0.034 1708333.33 -572750.00 73629.83 -4497.77 136.67
    0.054 405804.84 -195945.36 35914.17 -3130.51 134.45
    0.074 -78487.95 35814.22 -3624.08 -413.31 85.16
    0.094 -41773.28 25147.34 -4192.27 -97.25 75.59
    0.104 -25815.19 19043.72 -4175.25 62.27 71.29
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    表  2  PDI-FP重复性测试结果

    Table  2.   Repeatability of PDI-FP

    MVD/μm
    N 1 24.4 29.2 38.5
    2 24.2 29.6 38.3
    3 24.3 28.9 38.7
    4 24.2 29.8 37.6
    5 24.6 29.1 38.4
    Average 24.3 29.3 38.3
    σ 0.16 0.37 0.42
    Relative 0.7% 1.3% 1.1%
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    表  3  风速影响的误差分析

    Table  3.   Error analysis of different airspeeds

    MVD1/μm
    (V=67m/s)
    MVD2/μm
    (V=105m/s)
    Average
    /μm
    σ
    /μm
    Relative
    /%
    50.50 49.97 50.23 0.38 0.80
    44.37 41.97 43.17 1.70 3.90
    36.47 34.10 35.28 1.67 4.70
    30.57 28.47 29.52 1.48 5.00
    25.57 23.60 24.58 1.39 5.70
    21.57 20.27 20.92 0.92 4.40
    16.30 16.17 16.23 0.09 0.60
    14.03 15.37 14.70 0.94 6.40
    下载: 导出CSV

    表  4  温度影响的误差分析

    Table  4.   Error analysis of different static air temperatures

    MVD1
    /μm
    MVD2
    /μm
    MVD3
    /μm
    Average
    /μm
    σ
    /μm
    Relative
    /%
    50.50 55.20 50.81 52.17 2.63 5.00
    44.37 46.13 44.77 45.09 0.93 2.10
    36.47 37.90 38.50 37.62 1.04 2.80
    30.57 31.33 33.73 31.88 1.65 5.20
    25.57 25.27 25.07 25.30 0.25 1.00
    21.57 22.00 21.90 21.82 0.23 1.00
    16.30 17.07 17.33 16.90 0.54 3.20
    14.03 14.53 15.57 14.71 0.78 5.30
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2017-08-04
  • 修回日期:  2017-10-09
  • 刊出日期:  2018-04-25

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    2021年8月13日