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

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Предложена усовершенствованная модель обледенения в атмосферных условиях, характеризую- щихся 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.

About the authors

P. A. Goryachev

Central Institute of Aviation Engine Building named after P.I. Baranov

Author for correspondence.
Email: pagoryachev@ciam.ru
Moscow, Russia

S. A. Burcev

Bauman Moscow State Technical University

Email: burtsev@bmstu.ru
Moscow, Russia

References

  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.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».