飞机结冰是飞行安全事故的主要隐患之一,采用数值模拟方法预测冰形是飞机防/除冰系统设计的基础。现阶段大部分学者普遍采用Messinger模型进行结冰计算,但受其宏观连续性本质的限制,该模型难以捕捉到结冰表面以及内部的复杂形态。为此,本文采用了离散性的随机结冰模型对机翼结冰问题进行数值模拟,并基于Fluent动网格技术实现了结冰计算与网格更新的自动控制。本文的主要内容有:(1)采用Fluent软件对NACA0012翼型进行流场计算,并分析结冰表面特征对其气动性能的影响。计算总结单个冰角/冰脊在不同高度、位置、外形以及飞行雷诺数下的影响规律,将模拟冰形特征与试验冰形特征的气动参数进行对比,来说明传统Messinger模型的预测结果会低估结冰表面特征对机翼气动性能的影响。(2)利用欧拉法推导出三维水滴运动控制方程,并通过NACA23012翼型算例验证了文中水滴撞击计算方法的有效性。计算出NACA0012翼型在不同水滴直径时的水收集系数分布,为下文结冰计算提供了前提条件。(3)基于Szilder思想建立了三维随机结冰模型,包括水滴运动模型和结冰概率模型,并编写相关C程序。在简单分析了对流换热系数、晶格尺寸以及模型随机性特质等结冰影响因素后,采用单步法对NACA0012翼型进行随机结冰模拟。最后通过冰形对比、结冰密度分析以及表面粗糙度计算,来反映出本文模型具有预测粗糙不连续冰形的优势。(4)采用Fluent动网格技术解决了结冰过程中的网格重构问题,将水滴撞击特性计算程序和随机结冰计算程序以UDF(用户自定义函数)的形式嵌入到Fluent中,并对二维NACA0012翼型展开了非稳态结冰模拟。最后,对飞机随机结冰后的气动特性做出对比分析。