Desarrollo de un modelo de dinámica de fluidos computacional para la formación de hielo: validación y análisis de parámetros
Autores: Ferro, Carlo Giovanni; Maggiore, Paolo; Champvillair, Daniele
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2023
Acceso abierto
Artículo científico
2023
Desarrollo de un modelo de dinámica de fluidos computacional para la formación de hielo: validación y análisis de parámetros
Categoría
Ciencias Naturales y Subdisciplinas
Subcategoría
Astronomía
Palabras clave
Formación de hielo
Anti-hielo
Sistemas de deshielo
Eficiencia de aeronaves
Dinámica de fluidos computacional
Acumulación de hielo
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 10
Citaciones: Sin citaciones
En la historia del transporte aéreo civil, la formación de hielo se ha identificado como un factor clave en la seguridad del vuelo. A lo largo de los años, han surgido sistemas de anti-hielo y deshielo con el objetivo de prevenir o eliminar la formación de hielo en los perfiles de las alas, superficies de control y sondas. Las máquinas voladoras modernas exigen más eficiencia para reducir la huella de carbono y aumentar la sostenibilidad del transporte aéreo. Para lograr este objetivo, es fundamental contar con una aeronave eficiente y un sistema que consuma poca energía. Este documento propone un nuevo modelo para la acumulación de hielo utilizando dinámica de fluidos computacional (CFD). Este modelo permite la simulación de la forma del hielo formado sobre un perfil con condiciones de contorno variables (es decir, velocidad, contenido de agua líquida, etc.). El modelo propuesto también tiene en cuenta la cantidad de calor transferido entre el agua y el entorno circundante e incluye los efectos de la turbulencia del aire en el proceso de formación de hielo. Las simulaciones CFD han sido validadas con resultados experimentales de la NASA y muestran una buena concordancia. El modelo propuesto también puede utilizarse para investigar los efectos de varios parámetros como la velocidad del aire, el contenido de agua líquida y la temperatura del aire en el proceso de formación de hielo. Los resultados evidencian que el modelo propuesto puede predecir con precisión el proceso de formación de hielo y es adecuado para optimizar el diseño de sistemas de anti-hielo o deshielo para aeronaves y helicópteros. Este enfoque no se limita a la aeronáutica, sino que también puede ser exportado a otras aplicaciones como el transporte, turbinas eólicas, gestión de energía e infraestructura.
Descripción
En la historia del transporte aéreo civil, la formación de hielo se ha identificado como un factor clave en la seguridad del vuelo. A lo largo de los años, han surgido sistemas de anti-hielo y deshielo con el objetivo de prevenir o eliminar la formación de hielo en los perfiles de las alas, superficies de control y sondas. Las máquinas voladoras modernas exigen más eficiencia para reducir la huella de carbono y aumentar la sostenibilidad del transporte aéreo. Para lograr este objetivo, es fundamental contar con una aeronave eficiente y un sistema que consuma poca energía. Este documento propone un nuevo modelo para la acumulación de hielo utilizando dinámica de fluidos computacional (CFD). Este modelo permite la simulación de la forma del hielo formado sobre un perfil con condiciones de contorno variables (es decir, velocidad, contenido de agua líquida, etc.). El modelo propuesto también tiene en cuenta la cantidad de calor transferido entre el agua y el entorno circundante e incluye los efectos de la turbulencia del aire en el proceso de formación de hielo. Las simulaciones CFD han sido validadas con resultados experimentales de la NASA y muestran una buena concordancia. El modelo propuesto también puede utilizarse para investigar los efectos de varios parámetros como la velocidad del aire, el contenido de agua líquida y la temperatura del aire en el proceso de formación de hielo. Los resultados evidencian que el modelo propuesto puede predecir con precisión el proceso de formación de hielo y es adecuado para optimizar el diseño de sistemas de anti-hielo o deshielo para aeronaves y helicópteros. Este enfoque no se limita a la aeronáutica, sino que también puede ser exportado a otras aplicaciones como el transporte, turbinas eólicas, gestión de energía e infraestructura.