Un modelo no estacionario para la formación de hielo en aeronaves basado en un método acoplado estrechamente y un método de campo de fase
Autores: Dai, Hao; Zhu, Chengxiang; Zhao, Ning; Zhu, Chunling; Cai, Yufei
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2021
Acceso abierto
Artículo científico
2021
Un modelo no estacionario para la formación de hielo en aeronaves basado en un método acoplado estrechamente y un método de campo de fase
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Aeroespacial
Palabras clave
Establecido
Simulación numérica
Formación de hielo en aeronaves
Concentración de gotas
Ecuación de Cahn-Hilliard
Grosor del hielo
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 28
Citaciones: Sin citaciones
Se establece un modelo de congelación acoplado de forma estrecha y no estacionario en este documento para resolver el problema de simulación numérica de la congelación no estacionaria de aeronaves. El fluido multimodal de aire y gotas se considera como un fluido de medio único con propiedades materiales variables. Tomando la concentración de gotas como el parámetro de fase y el coeficiente de resistencia de las gotas como la fuerza interfacial, se obtiene la distribución de concentración de masa de las gotas al resolver la ecuación de Cahn-Hilliard. Se introduce la ley de Fick para mejorar la ecuación de Cahn-Hilliard y predecir la zona de sombra de las gotas. Sobre esta base, se establece el procedimiento del método de simulación numérica no estacionaria para la congelación de aeronaves, que incluye la generación de mallas, el método de doble paso de tiempo para realizar el cálculo no estacionario del campo de flujo mixto acoplado de aire y gotas, y el modelo de congelación de aguas poco profundas mejorado. Finalmente, a través del análisis comparativo de ejemplos numéricos, se verifica la efectividad del nuevo modelo en la predicción de las características de impacto de las gotas y la zona de sombra de las gotas. En comparación con otros modelos de congelación, se encontró que las formas de hielo predichas por el modelo acoplado de forma estrecha y no estacionario eran las más consistentes con los experimentos. En las condiciones de comparación de congelación en este manuscrito, la precisión de predicción del grosor del hielo en el punto de estancamiento del borde de ataque fue hasta un 35% superior a la de LEWICE.
Descripción
Se establece un modelo de congelación acoplado de forma estrecha y no estacionario en este documento para resolver el problema de simulación numérica de la congelación no estacionaria de aeronaves. El fluido multimodal de aire y gotas se considera como un fluido de medio único con propiedades materiales variables. Tomando la concentración de gotas como el parámetro de fase y el coeficiente de resistencia de las gotas como la fuerza interfacial, se obtiene la distribución de concentración de masa de las gotas al resolver la ecuación de Cahn-Hilliard. Se introduce la ley de Fick para mejorar la ecuación de Cahn-Hilliard y predecir la zona de sombra de las gotas. Sobre esta base, se establece el procedimiento del método de simulación numérica no estacionaria para la congelación de aeronaves, que incluye la generación de mallas, el método de doble paso de tiempo para realizar el cálculo no estacionario del campo de flujo mixto acoplado de aire y gotas, y el modelo de congelación de aguas poco profundas mejorado. Finalmente, a través del análisis comparativo de ejemplos numéricos, se verifica la efectividad del nuevo modelo en la predicción de las características de impacto de las gotas y la zona de sombra de las gotas. En comparación con otros modelos de congelación, se encontró que las formas de hielo predichas por el modelo acoplado de forma estrecha y no estacionario eran las más consistentes con los experimentos. En las condiciones de comparación de congelación en este manuscrito, la precisión de predicción del grosor del hielo en el punto de estancamiento del borde de ataque fue hasta un 35% superior a la de LEWICE.