結冰模擬
關注創建者：laplacianFoam 創建時間：2019-12-06
結冰模擬的視頻教程
FENSAP-ICE高級應用：飛機熱氣防冰仿真與工程實踐全流程大師班
航空防冰系統設計與研發工程師 FENSAP-ICE的核心應用場景是飛機結冰仿真與防冰系統驗證。課程涉及流場氣動計算、水滴撞擊分析、結冰過程模擬以及防冰熱傳導載荷計算，可為從事飛機防冰系統設計的工程師提供直接的工程仿真支持。 2.
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結冰模擬的實例教程
風力機葉片表面的形狀對風能的利用效率影響很大，在高緯度或高海拔地區的冬季，空氣中的過冷水滴碰到運行的風力機葉片會引起葉片表面結冰，對風力機運轉的安全性和經濟性造成嚴重的影響。
人工為風電葉片除冰
葉片大量覆冰會造成風力機功率損失、機械故障、墜冰引發的安全隱患等問題：改變葉片的氣動性能，造成葉輪氣動、質量不平衡；升力系數下降和風能利用率降低，造成發電量的損失；阻力系數增加，導致傳動鏈軸向載荷過大；葉片質量增加，輪轂轉矩增大，影響葉根處疲勞壽命；葉片旋轉過程中容易出現冰塊脫落，發生墜落傷害等事故。
鑒于以上葉片結冰的巨大危害，所以本文通過仿真方法確定多個因素對結冰的影響，盡可能優化設計以減少結冰情況的發生。另外，通過仿真方法分析結冰厚度、結冰位置，為后續除冰提供指導依據。
1 仿真前處理
1.1 幾何模型處理
在進行數值計算之前，往往需要將數模進一步的處理，以方便而準確地得到數值解。這部分數模處理工作使用ANSYS SCDM中的建模工具完成。
風力發電葉片計算域數模
建立的數模為典型的方型遠場。
1.2 網格劃分和邊界條件
網格生成是采用計算流體力學方法對流場進行數值模擬的基礎，常用的網格分為結構網格和非結構網格兩大類。本文工作要借助通用的網格生成軟件FLUENT MESHING生成計算區域內的網格。該類型的網格尺度容易控制，對復雜外形和不規則壁面邊界的適應性強，有助于后續的流場計算結果的收斂性。
劃分網格需建立相應的遠場邊界面、地面以及葉片表面分區。遠場形狀的選取與目標體的幾何拓撲形狀相關，應盡量保證相似性。遠場和葉片的距離應相對足夠大以避免遠場對近壁面區的影響。葉片截面最大弦長約為4.5m，本文取遠場與葉片距離為該值的8倍。
展開 結冰翼型（白色部分為冰形）
結冰前后網格變化對比
升阻力曲線
全流程視頻教程
特點
和現有結冰程序相比，Spring-Ice結冰程序的特點包括以下幾個方面：
1） 計算模塊和方法盡可能與Lewice保持一致。
2） 經過冰風洞試驗的校準，該程序已內置合適的時間步，因此不需要設置時間步長等參數，只需輸入工況參數即可給出合適的結果。
3） 單個冰形的計算時間在五分鐘以內，計算效率較高。
4） 程序具有對大弦長翼型（超過1m）的準確結冰模擬能力，優于Lewice。
5） 程序具備下冰角的模擬能力。
4. 計算效果
對NACA0012、GLC-305、LTHS、NLF0414等翼型典型冰形進行計算，并與冰風洞試驗結果進行對比。相應計算結果如圖1-6所示。
（a）1-1
（b）1-2
圖1 NCAC0012
（a）2-1
（b）2-2
圖2 GLC-305
圖3 LTHS
圖4 NLF0414
最后，對這款軟件有興趣的企事業單位，歡迎與工作室管理員聯系。
展開 隱藏式門把手的全方位測試體系
1、環境可靠性測試 - 模擬“天地”的挑戰
這類測試旨在驗證門把手能否在車主可能遇到的任何惡劣環境下正常工作。
極端溫度測試：
高溫測試：在80°C以上的高溫艙中持續放置數百小時，測試塑料件是否變形、電機是否過熱、電子元件是否失效。
低溫測試：在-40°C的極寒環境中測試。這是對隱藏式門把手的最大考驗。會模擬結冰、積雪覆蓋后，門把手的彈出力度和可靠性。測試人員會噴灑水霧使其結冰，驗證電機扭矩能否破冰而出。
溫度沖擊測試：在-40°C和85°C之間快速切換，考驗材料膨脹系數和電子連接的穩定性。
耐腐蝕與氣候測試：
鹽霧測試：模擬冬季撒鹽路況，測試金屬部件和漆面的抗腐蝕能力。
濕熱測試：在高濕度、高溫度環境下，測試電路板是否受潮、短路或霉變。
防塵防水測試：
IP評級：門把手總成通常需要達到IP6K7（防塵）和IPX7/IPX9K（防水） 等級。這意味著它要能承受高壓水槍沖洗、暴雨侵襲以及沙塵的侵入，防止內部電機和傳感器失效。
2、機械耐久性與強度測試 - 模擬“人手”的考驗
這類測試模擬用戶日常使用以及意外情況下的物理沖擊。
耐久性測試：
在實驗室臺架上，機械臂會以不同力度、不同角度對門把手進行數萬次甚至數十萬次的循環“推、拉、按”操作，模擬整個生命周期的使用磨損。
強度測試：
測試門把手在受到意外側向撞擊、人為惡意掰扯時的承受極限，確保其不會輕易斷裂。
振動測試：
模擬車輛在崎嶇路面、高速行駛時的各種振動頻率，確保內部的焊點、螺絲和電子連接不會因長期振動而松動或斷裂。
結論
隱藏式門把手絕非一個簡單的“電動玩具”。
展開 飛行結冰仿真
工程挑戰
‐ 積冰可能堵塞發動機進氣道、內涵道，增加壓力損失；如果吸入內部，會破壞發動機部件，導致推力損失、熄火和瞬態性能的下降；
Ansys解決方案
‐ Ansys(Fensap & Fluent Icing)結冰將結冰涉及的流場氣動、水撞擊、結冰、除冰熱傳導載荷計算通過圖形化界面無縫地連接到一起，整個過程使用一套網格，且沒有任何經驗關聯式的介入，保證了求解的精度。
客戶價值
‐ 采用Ansys結冰分析，可以大幅提升公司結冰仿真模擬的能力，減少費用高昂的冰風洞試驗次數，縮短研制周期，從而增加公司在同行業中的競爭力。
航空發動機飛行結冰
輸入條件
- 噴氣發動機、飛行條件（p=64463.341Pa, v=110m/s, T=256K）、結冰條件(MVD=20, LWC=1g/m3)
仿真流程圖
仿真輸出
- 噴氣發動機在不同飛行結冰條件下的水收集系數分布、空間液態水含量分布、結冰增長率和積冰冰形等。
燃燒室高保真仿真技術
Ansys燃燒及反應流仿真工具
FLUENT燃燒室 VOF-to-DPM仿真及數據壓縮
面臨挑戰
‐ 航空發動機的噴嘴燃油霧化仿真對燃燒仿真影響巨大。
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結冰模擬的最新內容
會模擬結冰、積雪覆蓋后，門把手的彈出力度和可靠性。測試人員會噴灑水霧使其結冰，驗證電機扭矩能否破冰而出。
溫度沖擊測試：在-40°C和85°C之間快速切換，考驗材料膨脹系數和電子連接的穩定性。
耐腐蝕與氣候測試：
鹽霧測試：模擬冬季撒鹽路況，測試金屬部件和漆面的抗腐蝕能力。
濕熱測試：在高濕度、高溫度環境下，測試電路板是否受潮、短路或霉變。
導讀：
風能具有可再生、無污染而且儲量大的優勢，采用風力發電機將風能轉化成電能是現在綠色能源的重要來源之一。為了提高風力機的裝機容量，在寒冷地區(高山)安裝風力機的情況越來越多，主要原因是寒冷地區的空氣密度更高，大溫差形成的風更強，有利于風能的利用。風力機葉片表面的形狀對風能的利用效率影響很大，在高緯度或高海拔地區的冬季，空氣中的過冷水滴碰到運行的風力機葉片會引起葉片表面結冰，對風力機運轉的安全性和經濟性造成嚴重的影響
客戶價值
‐ 采用Ansys結冰分析，可以大幅提升公司結冰仿真模擬的能力，減少費用高昂的冰風洞試驗次數，縮短研制周期，從而增加公司在同行業中的競爭力。
結冰翼型（白色部分為冰形）
結冰前后網格變化對比
升阻力曲線
全流程視頻教程
4） 程序具有對大弦長翼型（超過1m）的準確結冰模擬能力，優于Lewice。
5） 程序具備下冰角的模擬能力。
4. 計算效果
對NACA0012、GLC-305、LTHS、NLF0414等翼型典型冰形進行計算，并與冰風洞試驗結果進行對比。相應計算結果如圖1-6所示。
