Математическая модель формирования льда в атмосферных условиях, характеризующихся наличием ледяных кристаллов и смеси фаз

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Предложена усовершенствованная модель обледенения в атмосферных условиях, характеризующихся наличием ледяных кристаллов и смеси фаз, позволяющая повысить точность выполнения трехмерных расчетов процесса обледенения элементов авиационной техники, включая проточную часть компрессора двигателя. Выполнено сравнение результатов расчета по предложенной модели с результатами расчетов по программе IGLOO2D и с экспериментальными данными. Продемонстрирована корректность описания взаимосвязанных и взаимозависимых физических эффектов, сопровождающих формирование льда: процессов тепло- и массообмена, улавливания ледяных кристаллов поверхностью ледяного нароста, а также эрозии льда. На примере модельных объектов показаны преимущества предлагаемой модели для расчета форм ледяных наростов, возникающих в реальных условиях обледенения, включая сочетание различных температур окружающего воздуха, расходов ледяных кристаллов и жидкой воды в кристаллическом облаке.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

П. А. Горячев

ФАУ Центральный институт авиационного моторостроения им. П.И. Баранова

Автор, ответственный за переписку.
Email: pagoryachev@ciam.ru
Россия, Москва

С. А. Бурцев

ФГБОУ ВО Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана

Email: burtsev@bmstu.ru
Россия, Москва

Список литературы

  1. Dezitter F. Overview on In-flight Icing Research // EASA Annual Safety Conference. Paris, France. 2013.
  2. Norris G. Anti-core Icing Strategies Emerge as FAA Relaxes Restrictions on GEnx-powered 747-8 and 787 // Aviat. Week Space Technol. 2015. V. 177. № 4. 35 p.
  3. Veres J.P., Jorgenson P.C.E., Jones S.M., Nili S. Modeling of a Turbofan Engine with Ice Crystal Ingestion in the NASA Propulsion System Laboratory // ASME Turbo Expo 2017: Turbomachinery Technical Conference and Exposition. Charlotte, NC, USA. 2017. 10 p.
  4. Mason J.G., Strapp J.W., Chow P. The Ice Particle Threat to Engines in Flight // AIAA 2006-206.
  5. Жердев А.А., Горячев А.В., Жулин В.Г., Горячев П.А. Математическая модель процесса фазовых превращений ледяных кристаллов при их движении внутри каналов испытательного стенда и в проточной части газотурбинного двигателя // Инженерный журнал: Наука и инновации. 2013. № 1. С. 65.
  6. Вараксин А.Ю. Гидрогазодинамика и теплофизика двухфазных потоков с твердыми частицами, каплями и пузырями // ТВТ. 2023. Т. 61. № 6. С. 926.
  7. Горячев А.В., Горячев П.А., Жулин В.Г., Гребеньков С.А. Расчетно-аналитическое исследование в обеспечение подтверждения эффективности защиты авиационного двигателя от воздействий дождя и шквального града // Авиационные двигатели. 2019. № 4 (5). С. 19.
  8. Goriachev A., Zhulin V., Goriachev P., Grebenkov S., Savenkov V. Experimental Processing of Methodical Questions of Modeling the Atmospheric Cloud Containing Ice Crystals and Mixed Phase // SAE Tech. Paper № 2019-01-1922. 2019.
  9. Горячев П.А., Жердев А.А., Жулин В.Г., Савенков В.В. Экспериментальная отработка процесса калибровки потока, содержащего ледяные кристаллы, в обеспечение проведения сертификационных испытаний // Молодежный научно-технический вестник. 2016. № 2. С. 7.
  10. Бендерский Л.А., Горячев А.В., Горячев П.А., Горячев Д.А., Любимов Д.А., Студенников Е.С. Особенности моделирования тепломассообменных процессов при формировании льда в условиях атмосферного облака, состоящего из переохлажденных капель // ТВТ. 2024. Т. 62. № 2. С. 222.
  11. Trontin P., Villedieu P. A Comprehensive Accretion Model for Glaciated Icing Conditions // Int. J. Multiphase Flow. 2018. V. 108. P. 105.
  12. Charton V., Trontin P., Aouizerate G., Villedieu P. Semi-Empirical Modelling of Erosion Phenomena for Ice Crystal Icing Numerical Simulation // SAE Int. 2019-01-1967. 2019. 10 p.
  13. Bourgault Y., Beaugendre H., Habashi W.G. Development of a Shallow-water Icing Model in FENSAP-ICE // J. Aircraft. 2000. V. 37. № 4. P. 640.
  14. Ozcer I.A., Baruzzi G.S., Reid T., Habashi W.G., Fossati M., Croce G. FENSAP-ICE: Numerical Prediction of Ice Roughness Evolution, and its Effects on Ice Shapes // SAE Tech. Paper № 2011-38-0024. 2011.
  15. Жбанов В.А., Стасенко А.Л., Токарев О.Д. Исследование теплообмена капли, ускоряемой потоком воздуха вдоль поверхности твердого тела, при обледенении летательного аппарата // ТВТ. 2022. Т. 60. № 6. С. 860.
  16. Программный модуль компьютерного моделирования на основе уравнений RANS/URANS («Лазурит-RАNS»). Свидетельство о гос. регистрации программы для ЭВМ № 2019661604. Дата регистрации: 04.09.2019.
  17. Авдеев Е.E., Булович С.В., Горский Ю.А. Анализ моделей уноса и осаждения капель в дисперсно-кольцевом режиме течения // Научно-технические ведомости CПбПУ. Естественные и инженерные науки. 2019. Т. 25. № 2. С. 54.
  18. Алипченков В.М., Зайчик Л.И., Зейгарник Ю.А., Соловьев С.Л., Стоник О.Г. Развитие трехжидкостной модели двухфазного потока для дисперсно-кольцевого режима течения в каналах. Осаждение и унос капель // ТВТ. 2002. Т. 40. № 5. С. 772.
  19. Нигматулин Р.И. Динамика многофазных сред. Ч. 1, 2. М.: Наука, 1987.
  20. Алипченков В.М., Зайчик Л.И., Зейгарник Ю.А., Соловьев С.Л., Стоник О.Г. Развитие трехжидкостной модели двухфазного потока для дисперсно-кольцевого режима течения в каналах. Размер капель // ТВТ. 2002. Т. 40. № 4. С. 641.
  21. Roe P.L. Characteristic-based Schemes for the Euler Equations // Annu. Rev. Fluid Mech. 1986. V. 18. P. 337.
  22. Tong X., Thompson D., Arnoldus Q., Collins E., Luke E. Three-Dimensional Surface Evolution and Mesh Deformation for Aircraft Icing Applications // J. Aircraft. 2017. V. 54. № 3. P. 1047.
  23. Malik Y.A., Bennani L., Bansmer S., Trontin P., Villedieu P. Experimental and Numerical Investigation of Accretion Inception and Heat Transfer Physics in Ice Crystal Icing // Int. J. Heat Mass Transfer. 2023. V. 214. № 2. P. 124364.
  24. Reitter L.M., Lohmann H., Schremb M., Roisman I.V., Hussong J., Tropea C. Impact of an Ice Particle onto a Dry Rigid Substrate: Dynamic Sintering of a Residual Ice Cone // Cold Reg. Sci. Technol. 2022. V. 194. 103416.
  25. Vidaurre G., Hallett J. Particle Impact and Breakup in Aircraft Measurement // J. Atmospheric Ocean Tech. 2008. V. 26. № 5. P. 972.
  26. Charton V., Senoner J.-M., Trontin P., Villedieu P. Semi-empirical Erosion Model with Particle Size and Liquid Water Content Effects for Ice Crystal Icing Simulations // AIAA Aviation 2020 Forum. Virtual Event. USA. 2020. 2827.
  27. Baumert A., Bansmer S., Trontin P., Villedieu P. Experimental and Numerical Investigations on Aircraft Icing at Mixed Phase Conditions // Int. J. Heat Mass Transfer. 2018. V. 123. P. 957.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Формы течения воды на поверхности ледяного нароста.

Скачать (24KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Схемы массового (а) и энергетического (б) балансов для КО на поверхности ледяного нароста.

Скачать (43KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Формы ледяных наростов на профиле NACA0012 в режимах №№ 1–6 (таблица): (а) – № 1, (б) – № 2, (в) – № 3, (г) – № 4, (д) – № 5, (е) – № 6; 1 – поверхность профиля, 2 – эксперимент [27], 3 – настоящая расчетная модель, 4 – ПМ IGLOO2D [27].

Скачать (54KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Формы ледяных наростов на цилиндре в режимах №№ 7–9 (таблица): (а) – № 7, (б) – № 8, (в) – № 9; 1 – поверхность цилиндра, 2 – эксперимент [27], 3 – настоящая расчетная модель, 4 – ПМ IGLOO2D [27].

Скачать (29KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2025