中文摘要：

发动机旋转帽罩的结冰和防冰是一个复杂的涉及旋转的多相流动换热问题，其结冰特性受流动参数、旋转特性和表面特性等多方面的因素影响，目前对于旋转帽罩的结构防冰机理还认识不深，项目通过理论分析及数值计算，结合在冰风洞中开展的试验研究，采用高速摄像技术研究分析旋转帽罩结冰条件下表面水膜流动、冻结以及脱落的物理过程，对进气帽罩结冰过程与旋转特性、表面特性的相关性开展研究，建立帽罩结冰特性与流动参数、表面特性的关系，建立旋转帽罩工作条件下结冰及防冰预测模型，认识发动机旋转部件的防冰机理，发现新现象，探索新规律。通过此项研究，既可以拓展对飞机及发动机结冰机理的认识，更好地掌握旋转特性和表面特性对发动机部件结冰和防冰设计的影响，研究结果也可以在其它结冰研究相关领域发挥作用，具有重要的学术意义和应用价值。

结论摘要：

航空发动机进气部件结冰会使得发动机进气畸变、振动增加，脱落的积冰如果被发动机吸入会损坏发动机部件，严重影响飞行安全。进气帽罩位于发动机进气系统的前端，是最容易结冰的部件之一，其表面结冰和防冰是一个复杂的涉及旋转的气-液-固三相流动换热问题，其结冰特性取决于流动参数、旋转特性和表面特性等多方面的因素影响，课题通过理论、数值和实验结合的方法，系统的开展航空发动机进气帽罩的结冰和防冰机理的研究。项目开展了航空发动机进气帽罩结冰和防冰有关的基础理论研究，通过理论分析及数值计算，结合在冰风洞中开展的实验研究，系统的研究了进气帽罩结冰条件下水滴撞击特性的计算方法研究，课题对锥角和转速对于进气帽罩局部水收集系数的影响进行了相关的研究工作，数值分析表明，转速对于局部水收集系数的影响并不大，仅在转速较低情况下，水滴的收集区域才会略有扩大，而对于头部的最大局部水收集系数，帽罩转速的影响可以忽略。项目研究建立了进气帽罩表面液膜流动传热过程的数学模型，确定液膜破裂的临界流动条件，分析液膜流动演变过程中各种因素的影响，并开展了相应的实验研究工作，理论分析结果既适用静止帽罩也适用旋转帽罩。项目进行了结冰条件下帽罩热气防冰性能的计算值与实验数据的对比分析，从计算结果与实验结果的对比来看，项目建立的帽罩结冰条件下的流动热力模型是合理可信的。项目对进气帽罩结冰过程与旋转特性、表面特性的相关性开展了研究，建立了帽罩结冰及防冰性能预测的数学模型，通过实验研究对所建立的数学模型进行了验证和完善，开展了进气帽罩表面冰冻结粘附特性的实验研究，获得了不同材料、不同涂层表面冰的冻粘粘附特性实验数据；理论上分析冻粘特性的物理机理，构建了冻结特性的评估方法，为冰脱离计算提供了相应的计算分析方法。项目研究以气-液-固多相流动质量守恒方程、动量守恒方程、能量守恒方程及界面方程为基础，建立描述旋转帽罩水冻结过程的数学模型，分析来流参数对于旋转帽罩表面结冰形状的影响，建立帽罩积冰的预测模型；项目在冰风洞中开展了帽罩结冰和防冰机理的实验研究，通过高速摄像得到了帽罩冰聚集特性，建立了进气帽罩结冰和防冰研究的实验方法，掌握高速摄像技术在发动机防冰实验研究中的应用。课题的研究结果提高了对发动机进气系统结冰和防冰机理的认识，对于提高我国航空发动机进气防冰系统的设计水平提供了的理论基础和实验数据。