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

封面

如何引用文章

全文:

开放存取 开放存取
受限制的访问 ##reader.subscriptionAccessGranted##
受限制的访问 订阅或者付费存取

详细

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.

全文:

受限制的访问

作者简介

П. Горячев

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

编辑信件的主要联系方式.
Email: pagoryachev@ciam.ru
俄罗斯联邦, Москва

С. Бурцев

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

Email: burtsev@bmstu.ru
俄罗斯联邦, Москва

参考

  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.

补充文件

附件文件
动作
1. JATS XML
下载
2. Fig. 1. Water flow patterns on the ice build-up surface.

下载 (24KB)
索引源数据
3. Fig. 2. Mass (a) and energy (b) balance schemes for the KO on the ice build-up surface.

下载 (43KB)
索引源数据
4. Fig. 3. Ice build-up patterns on the NACA0012 profile in modes No. 1–6 (table): (a) – No. 1, (b) – No. 2, (c) – No. 3, (d) – No. 4, (d) – No. 5, (e) – No. 6; 1 – profile surface, 2 – experiment [27], 3 – present computational model, 4 – IGLOO2D PM [27].

下载 (54KB)
索引源数据
5. Fig. 4. Forms of ice build-ups on a cylinder in modes No. 7–9 (table): (a) – No. 7, (b) – No. 8, (c) – No. 9; 1 – cylinder surface, 2 – experiment [27], 3 – real calculation model, 4 – IGLOO2D PM [27].

下载 (29KB)
索引源数据

版权所有 © Russian Academy of Sciences, 2025