基于焓的冰晶结冰物理模型
流体动力学
2024-04-01 v1
摘要
飞机发动机内的冰晶结冰（ICI）是飞行安全的主要威胁。由于ICI涉及复杂的热力学和相变条件，对积冰过程的严格建模仍然有限。本研究基于物理观测到的积冰层混合相特性，提出了一种新颖的建模方法。该数学模型源自积冰后的焓变（焓模型），并与现有的纯相层模型（三层模型）进行了比较。为这两个模型建立了标度律和渐近解。冰积冰的开始、积冰层厚度和层内固态冰分数由一组无量纲参数确定，包括佩克莱数、斯特凡数、毕渥数、融化比和蒸发速率。建立了冻结和非冻结条件的阈值。渐近解在低佩克莱数下与数值解表现出良好的一致性。渐近解和数值解均表明，与三层模型相比，由于混合相特性和修正的斯特凡条件，焓模型呈现出更厚的积冰层和基底上方更厚的水层。基于焓的建模在开发复杂三维几何和流动构型的数值方法方面具有显著优势。这些结果增进了对积冰过程的理解，并为精确模拟冰晶结冰提供了一个新颖、严格的数学框架。
引用
@article{arxiv.2403.20071,
title = {An enthalpy-based model for the physics of ice crystal icing},
author = {Timothy Peters and Josh Shelton and Hui Tang and Philippe Trinh},
journal= {arXiv preprint arXiv:2403.20071},
year = {2024}
}