Особенности моделирования тепломассообменных процессов при формировании льда в условиях атмосферного облака, состоящего из переохлажденных капель

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription or Fee Access

Abstract

Предложена усовершенствованная модель обледенения, позволяющая повысить точность выполнения трехмерных расчетов процесса обледенения на различных элементах авиационной техники. Верификация предложенной модели осуществлялась на основании результатов расчетов, выполненных с использованием программных комплексов Ansys FENSAP-ICE и FlowVision. В процессе валидации модели с использованием имеющихся экспериментальных данных продемонстрирована корректность применяемых расчетных методов при моделировании тепломассообменных процессов, протекающих на поверхности ледяного нароста. На примере модельных объектов показаны преимущества предлагаемой модели для расчета сложных форм ледяных наростов, возникающих в реальных условиях обледенения, включая условия обледенения крупными переохлажденными каплями (ледяной изморозью).

About the authors

Л. А. Бендерский

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

Author for correspondence.
Email: leoben@ciam.ru
Russian Federation, Москва

А. В. Горячев

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

Email: avgoryachev@ciam.ru
Russian Federation, Москва

П. А. Горячев

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

Email: leoben@ciam.ru
Russian Federation, Москва

Д. А. Горячев

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

Email: leoben@ciam.ru
Russian Federation, Москва

Д. А. Любимов

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

Email: lyubimov@ciam.ru
Russian Federation, Москва

Е. С. Студенников

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

Email: leoben@ciam.ru
Russian Federation, Москва

References

  1. Messinger B.L. Equilibrium Temperature of an Unheated Icing Surface as a Function of Airspeed // J. Aeronautical Sciences. 1953. V. 20. № 1. P. 29.
  2. Hansman R.J. Jr., Turnock S.R. Investigation of Surface Water Behavior During Glaze Ice Accretion // J. Aircraft. 1989. V. 26. P. 140.
  3. Bilanin A.J. Proposed Modifications to Ice Accretion – Icing Scaling Theory // J. Aircraft. 1991. V. 28. P. 353.
  4. Hansman R.J. Jr., Yagamuchi K., Berkowitz B., Potapczuk M. Modeling of Surface Roughness Effects on Glaze Tee Accretion // J. Thermophysics. 1991. V. 5. P. 54.
  5. Hansman R.J.Jr., Breuer K.S., Hazan D. et al. Close-up Analysis of Aircraft Ice Accretion // AIAA Paper 1993–0029. 1993.
  6. Palacios J. Rotorcraft Research. 2013. https://www.aero.psu.edu/palacios/rotorcraft.html
  7. McAndrew I., Witcher K., Navarro E. Glide Effects on Low Speed Unmanned Aerial Vehicles with Ice Formation // Int. J. Information Technology & Mechanical Engineering. 2016. V. 2. № 2. P. 1.
  8. 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.
  9. Программный комплекс Ansys FENSAP-ICE: Ice Accretion Simulation Software. 2019. https://www.ansys.com/products/fluids/ansys-fensap-ice
  10. Программный комплекс FlowVision компании ООО “ТЕСИС”. 2020. https://flowvision.ru/ru/
  11. Алексеенко С.В., Приходько А.А. Численное моделирование обледенения цилиндра и профиля. Обзор моделей и результатов расчетов // Ученые записки ЦАГИ. 2013. Т. 44. № 6. С. 25.
  12. Hospers J., Hoeijmakers H. Numerical Simulation of SLD ICE Accretions // SAE Technical Paper № 2011-38-0071. 2011.
  13. Guffond D., Hedde T. Prediction of Ice Accretion: Comparison between the 2D and 3D Codes // La Recherche Aerospatiale. 1994. № 2. P. 103.
  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 Technical Paper № 2011-38-0024. 2011.
  15. Сорокин К.Э., Бывальцев П.М., Аксенов А.А. и др. Численное моделирование обледенения в программном комплексе FlowVision // Компьютерные исследования и моделирование. 2020. Т. 12. № 1. С. 83.
  16. 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.
  17. Рыбаков А.А., Шумилин С.С., Горячев П.А., Горячев А.В. Разработка программного модуля Кристалл для 3D-расчета процесса обледенения элементов авиационной техники // Тез. докл. Национального суперкомпьютерного форума (НСКФ-2021). Россия, Переславль-Залесский: ИПС им. А.К. Айламазяна РАН, 2021.
  18. Huang J., Nie S., Cao Y., Yao Y., Yao J. Multistep Simulation for Three-dimensional Ice Accretion on an Aircraft Wing // AIAA 2016–1918. AIAA Modeling and Simulation Technologies Conference. San Diego, California, USA. 2016.
  19. Verdin P., Charpin J., Thompson C. Multistep Results in ICECREMO2 // J. Aircraft. 2009. V. 46. № 5. P. 1607.
  20. Программный модуль компьютерного моделирования на основе уравнений RANS/URANS (“Лазурит-RАNS”). Свид. гос. регистрации программы для ЭВМ № 2019661604. Дата регистрации: 04.09.2019.
  21. 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.
  22. 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.
  23. Нигматулин Р.И. Динамика многофазных сред. Ч. 1, 2. М.: Наука, 1987.
  24. 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.
  25. Macarthur C., Keller J., Luers J. Mathematical Modeling of Ice Accretion on Airfoils // AIAA 82–0284. 20th Aerospace Sciences Meeting. Orlando, Florida, USA. 1982.
  26. Roe P.L. Characteristic-based Schemes for the Euler Equations // Annual Rev. Fluid Mech. 1986. V. 18. P. 337.
  27. Olsen W., Walker E. Experimental Evidence for Modifying the Current Technical Model for Ice Accretion on Aircraft Surfaces // NASA T. Memorandum № 87184. 1986.
  28. Антонов А.Н. и др. Экспериментальные и теоретические исследования тепловых потоков на поверхности цилиндра при образовании на ней льда рогообразной формы // Отчет № 6/03–1818 INTAS. Программа № 1818 INTAS. 2003.
  29. Van Fossen G.J., Simoneau R.J., Olsen W.A., Shaw R.J. Heat Transfer Distribution Around Nominal Ice Accretion Shapes Formed on a Cylinder in the NASA Lewis Icing Research Tunnel // NASA T. Memorandum № 83557. 1984.
  30. Antonov A.N., Goryachev A.V., Levchenko V.S. Study of Heat Exchange Process on Ice Buildup Surface // Proc. European Conf. Aerospace Sciences (EUCASS). 2005. 7 p.
  31. Любимов Д.А. Разработка и применение эффективного RANS/ILES-метода для расчета сложных турбулентных струй // ТВТ. 2008. T. 46. № 2. С. 271.
  32. Любимов Д.А. Разработка и применение метода высокого разрешения для расчета струйных течений методом моделирования крупных вихрей // ТВТ. 2012. Т. 50. № 3. С. 450.
  33. Антонов А.Н., Петров С.Б., Горячев А.В. Калибровочные испытания стендов для проведения испытаний авиационной техники в условиях обледенения // Материалы V Минского международного форума “Тепломассообмен ММФ-2004”. Тепломассообмен в двухфазных (парожидкостных) системах. Минск, 2004. С. 10.
  34. Puffing R. Ice Genesis Icing Database. 2021. https://icing-database.eu/index.php

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences