飞机结冰是危害飞行安全、导致人身伤亡、造成财产损失的重要隐患之一，是制约航空发展的主要问题之一。飞机结冰热力学机理涉及流体力学、传热学、多相流等多学科，为有效解释飞机结冰形成和发展提供重要理论基础。《飞机结冰热力学机理》以飞机结冰过程的相变和微行为作为主要内容，系统地介绍了飞机结冰相变传热机理和预测方法，同时概括了结冰微观结构特性及其定量表征方法。《飞机结冰热力学机理》内容紧密结合相关问题的国内外研究现状，同时也融入了作者近期的研究成果。《飞机结冰热力学机理》对流体力学、材料学、飞行器环境工程等专业的大学高年级学生、研究生、教师和科研人员具有参考价值。
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总装备部空气动力学专业组组长，中国空气动力学会副理事长，四川省学位委员会委员，中国兵工学会应用力学专委会副主任委员
目录
丛书序
前言
第1章 绪论 1
1.1 过冷水滴结冰物理机制与相变传热机理 1
1.2 相变复合传热特性及预测 4
1.3 结冰物理特性及定量表征 7
1.3.1 结冰宏观形貌特征 8
1.3.2 冰形细观组织结构 9
1.3.3 结冰特性定量表征 10
参考文献 12
第2章 飞机结冰的热力学与动力学机理 17
2.1 过冷水滴结晶的热力学机理 17
2.1.1 过冷水滴结晶的热力学条件 17
2.1.2 过冷水滴的撞击成核机理 18
2.1.3 结冰过程的晶体生长特性 21
2.2 过冷水滴结晶的动力学特性 22
2.2.1 降温速率对凝固特性的影响 23
2.2.2 异相形核对凝固特性的影响 26
2.2.3 二次结晶对凝固特性的影响 28
2.2.4 凝固条件对晶粒微观结构特征的影响 29
参考文献 32
第3章 飞机结冰过程的相变传热特性 34
3.1 无溢流条件下结冰传热特性的研究 35
3.1.1 结冰表面的热量交换过程 35
3.1.2 导热控制条件下的传热模型 36
3.1.3 计算与实验验证 42
3.1.4 冰层生长特性分析 46
3.2 溢流与相变耦合传热特性研究 48
3.2.1 溢流与相变耦合传热模型 48
3.2.2 溢流与相变耦合特性分析 53
3.3 考虑非平衡效应的过冷水滴凝固特性研究 57
3.3.1 考虑非平衡效应的凝固模型 58
3.3.2 过冷水滴非平衡凝固特性的数值分析 61
3.3.3 数值模型的实验验证 62
3.4 过冷大水滴结冰过程的传热传质特性研究 67
3.4.1 SLD结冰过程传热传质模型 67
3.4.2 SLD结冰特性影响因素分析 69
参考文献 72
第4章 飞机结冰冰形微观结构形成与演化 75
4.1 结冰特征的分形研究 75
4.1.1 冰形微观结构的分形特征 75
4.1.2 分形维数的计算方法及冰形的分形表征 78
4.1.3 冰形分形维数的物理意义 93
4.1.4 冰形分形维数的不确定性分析 93
4.2 结冰微观结构演化的相场模型及预测方法 94
4.2.1 冰形单晶生长特性预测 95
4.2.2 冰形多晶生长特性预测 98
参考文献 101
第5章 飞机结冰微观特性的定量表征 104
5.1 飞机结冰微观图像获取方法 104
5.1.1 结冰试验 104
5.1.2 结冰微观图像采集 104
5.2 飞机结冰微观结构提取方法 106
5.2.1 图像分割方法 106
5.2.2 变分图像分割方法 107
5.2.3 高效求解算法 111
5.2.4 背景去除的分割模型 111
5.2.5 图像分割的不动点算法 114
5.2.6 飞机结冰显微图像分割结果 117
5.3 飞机结冰微观结构分布特性 118
5.3.1 飞机结冰孔隙形态 118
5.3.2 飞机结冰孔径分布 119
5.4 温度对飞机结冰微观特性的影响 122
5.4.1 微观结构数学建模 122
5.4.2 微观结构数学模型分析 123
5.4.3 结冰计算密度提出 124
5.4.4 温度对孔隙分布的影响 125
5.4.5 温度对计算密度的定量影响 126
5.5 飞机结冰微观结构三维建模 127
5.5.1 飞机结冰孔隙分布的基本假设 127
5.5.2 飞机结冰微观结构的三维建模方法 128
5.5.3 三维微观结构生成结果 131
5.5.4 方法的验证及可靠性分析 132
5.5.5 不同分辨率下的建模结果 135
参考文献 136
第6章 基于热边界反演的结冰抑制能耗分析方法 139
6.1 结冰抑制能耗反分析模型 139
6.2 外表面热载荷计算 142
6.2.1 结冰特性计算 142
6.2.2 结冰表面外载荷计算 143
6.3 结冰抑制临界热载荷反分析方法 144
6.3.1 反分析方法的建立 144
6.3.2 反问题求解精度和抗噪性分析 149
6.3.3 结冰抑制能耗的影响因素分析 153
参考文献 157
第7章 基于导热反问题的结冰强度在线监测方法探索 159
7.1 基于超声波回波信号的结冰强度在线监测方法 159
7.1.1 结冰强度在线监测的模型 159
7.1.2 考虑温度影响的结冰强度在线监测模型和方法 161
7.2 结冰强度在线监测方法的实验验证 163
7.2.1 实验装置设计 163
7.2.2 实验结果分析 163
参考文献 165
第8章 飞机结冰热力学研究展望 167
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