(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利 (10)授权公告 号 (45)授权公告日 (21)申请 号 202111492134.6 (22)申请日 2021.12.08 (65)同一申请的已公布的文献号 申请公布号 CN 113901591 A (43)申请公布日 2022.01.07 (73)专利权人 中国空气动力研究与发展中心低 速空气动力研究所 地址 621000 四川省绵阳市涪城区二环路 南段6号 (72)发明人 郭向东　赵荣　陈海　李明　易贤　 (74)专利代理 机构 北京劲创知识产权代理事务 所(普通合伙) 11589 代理人 张铁兰 (51)Int.Cl. G06F 30/15(2020.01)G06F 30/20(2020.01) G01N 25/56(2006.01) G01M 9/06(2006.01) B64D 15/20(2006.01) G06F 111/10(2020.01) G06F 119/06(2020.01) (56)对比文件 CN 112069462 A,2020.12.1 1 US 2020408580 A1,2020.12.31 审查员 寇惠云 (54)发明名称 热线单元干功率计算方法及液态水含量计 算方法 (57)摘要 本发明适用于结冰风洞试验技术领域， 提供 了一种热线单元干功率计算方法及基于此的液 态水含量计算方法， 本发明先在干空气条件下标 定， 得到热线单元干空气努塞尔数与热线雷诺 数、 干空气普朗特数的拟合关系， 利用该关系可 以计算结冰云雾条件下热线单元的干功率， 再基 于干功率进一步计算液态水含量。 本发明的这种 方法可以实现结冰风洞中结冰云雾液态水含量 的精细化计算， 有效地克服了 现有技术测量精度 较低的技术问题， 为大型结冰风洞结冰云雾精细 化测量提供了重要技术支撑。 权利要求书1页 说明书5页 附图5页 CN 113901591 B 2022.03.01 CN 113901591 B 1.一种液态水含量的计算方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： S10. 实验采集热线单 元干空气条件标定数据 采集干空气条件下不同工况的热线单 元功率P、 热线温度Tw、 气流速度Va、 气流静温Ts； S20. 计算热线单 元干空气努塞尔数Nu： ， 其中， k为干空气热传导系数， lw为热线长度， π 为圆周率； S30. 获得热线单元干空气努塞尔数的拟合系数 S31. 计算热线雷诺数Rew和干空气普朗特 数Pr： S32. 设定热线单 元干空气努塞尔数Nu的拟合关系式为： ， 其中， A和B为拟合系数； S33. 将步骤S20计算的热线单元干空气努塞尔数Nu和步骤S31计算获得的Rew和Pr带入 步骤S32设定的拟合关系式进行拟合， 计算得到参数A=A1， B=B1， 从而得到热线单元干空气 努塞尔数Nu的表达式： ， S40. 根据下式计算云雾场中热线单 元干功率： ； 其中， Tw1为云雾场中的热线温度， Ts1为云雾场中的气流静温； 采用下式计算结冰云雾液态水含量 LWC： ， 其中， Ptotal是在云雾场中测得的热线单元功率， Ec为热线单元的液态 水滴撞击系数， Rc 为热线单元的液态水滴蒸发比， Le为液滴蒸发潜热， Cl为液态水比热， Te为液滴蒸发温度， SV为热线单 元的采样体积。 2.根据权利要求1所述的一种液态水含量的计算方法， 其特征在于， 步骤S31中， 热线雷 诺数Rew和干空气普朗特 数Pr的计算公式为： ， 其中， ρa为气流密度， dw为热线直径， μ为干空气力学粘性系数， Cpa为干空气定 压比热。 3.根据权利要求1所述的一种液态水含量的计算方法， 其特 征在于， SV的计算式为： 其中， Va1为云雾场中的气流速度， dw为热线直径。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 113901591 B 2热线单元干功率计算方 法及液态 水含量计算方 法 技术领域 [0001]本发明涉及结冰风洞试验技术领域， 尤其是涉及 一种热线单元干功率计算方法及 基于此的液态水含量计算方法。 背景技术 [0002]当飞机在云层中飞行时， 云层中的过冷水滴 （即温度低于冰点的液态水滴） 会不断 撞击飞机迎风面， 导致其表面 发生结冰现象。 飞机结冰广泛存在于飞行实践中， 并严重威胁 飞行安全。 [0003]结冰风洞是开展飞机结冰研究及飞机部件防除冰系统验证的重要地面试验设备， 其在飞机结冰适航审定中扮演着重要角色。 结冰云雾环境模拟能力是结冰风洞性能的核心 内容。 结冰云雾微物理特征 的准确测量与评估是结冰风洞准确模拟结冰云雾环境的关键， 其中云雾水含量 （定义为结冰云雾中， 单位体积内云雾颗粒质量） 是结冰云雾重要的微物理 特征之一。 [0004]基于恒温热线原理的云雾液态水含量测量方法是目前大型结冰风洞中重要的液 态水含量测量方法。 该原理将热线 单元保持在恒定温度 （一般在100℃以上） ， 进而使撞击到 热线单元表面的液滴完全蒸发， 通过测 量此时热线单元所需的功率， 计算得到云雾液态水 含量。 热线单元功率由两部分组成， 分别为补偿干空气对流换热损耗的功率 （干功率） 和补 偿云雾蒸发损耗的功 率 （湿功率） ， 其中湿功 率直接用于计算云雾液态水含量。 由此可见， 准 确获得热线单元干功率是准确计算云雾液态水含量的关键 。 [0005]目前， 通常采用两种方法获得热线单元干功率： （1） 去 皮法。 测量喷雾前 （无云雾状 态） 热线单元功率， 同时假设喷雾后， 干功率不发生变化， 将此功率作为整个试验过程中的 热线干功率。 （2） 补偿法。 该方法通常在测量热线单元后部增加一根补偿热线单元， 通过巧 妙设计补偿探头位置， 使得云雾颗粒不会撞击到补偿热线表面， 使得该热线仅能测 量干空 气功率， 进而标定获得测量热线与补偿热线干功 率间的函数关系， 最终在实验过程中， 通过 补偿热线单 元测量功率计算测量热线单 元的干功率。 [0006]但是， 以上两种方法均 存在明显缺陷。 对于皮法， 实验过程气 流参数难免会发生变 化， 因此该方法核心假设难以完全成立， 显著影响测量精度。 对于补偿法， 尽管通过增加补 偿热线， 可以有效捕捉到实验过程中流场参数变化造成的干功 率的变化， 但是实验过程中， 测量热线 单元的温度以及其与补偿热线间的标定关系通常会发生一定变化， 这些变化会降 低该方法得到的干功率可靠性。 [0007]因此， 为系统解决大型结冰风洞中复杂结冰云雾液态水含量的精细化测量问题， 突破热线 水含量测量仪干功 率及液态水含量精细化计算瓶颈， 亟需发展一种全面考虑热线 单元性能参数以及流场条件的干空气功率计算方法， 从而提高云雾液态水含量计算精准 度。说　明　书 1/5 页 3 CN 113901591 B 3