Efeitos da camada limite térmica na formação de gelo em aerofólios de uso aeronáutico.

Abstract

O modelo de avaliação da camada limite dinâmica e térmica foi implementado, no presente trabalho, em um código numérico para o cálculo do coeficiente de transferência de calor convectivo sobre aerofólios de uso aeronáutico com formação de gelo. Foram considerados, no modelo da camada limite turbulenta, os efeitos da rugosidade equivalente do grão de areia k s , e transição entre o regime laminar e turbulento foi avaliada por dois modelos, um abrupto e um suave. Para a transição suave foi utilizada uma função intermitência proposta por (ABU-GHANNAM; SHAW, 1980). O código desenvolvido neste trabalho foi acoplado aos módulos do código ONERA com o objetivo de simular as formas de gelo em aerofólios para diversas condições de escoamento do ar com conteúdo deágua. As formas de gelo obtidas foram comparadas com dados experimentais de Shin e Bond (1994) e com resultados de simulações dos códigos LEWICE, TRAJICE e ONERA (KIND, 2001). Os resultados das simulações do presente trabalho apresentaram boa semelhança com os resultados dos outros códigos. A simulação da previsão de formas de gelo do tipo Glaze, do presente trabalho e dos outros códigos, resultou em formas de gelo de espessura e volume menores que as formas experimentais. Foi verificado que uma previsão adequada do coeficiente de transferência de calor convectivo afeta a simulação das formas deste tipo de gelo. Um caso de Kind (2001) foi utilizado para avaliar os efeitos dos parâmetros da camada limite dinâmica e térmica na formação de gelo em aerofólios. Verificou-se que a posição do início da transição do regime laminar para o turbulento, o comprimento da transição e o valor da rugosidade afetam a forma, a espessura e o volume do gelo, e que estes parâmetros podem ser utilizados para ajustes dos modelos de camada limite para melhores previsões de formas de gelo do tipo Glaze.

Proposed Wall Function Models for Heat Transfer around a Cylinder with Rough Surface in Cross Flow

“…(7) takes into account the independent effect of roughness on the viscous sub-layer of the thermal boundary layer. Equations (5) and (7) have one important consequence: the analogy factor Pr t will be attenuated by the sub-layer thermal resistance that varies with the ratio between C f /2 and St k , thus, the lower the St k and higher the C f , farthest from the Pr t the analogy will be.…”

“…At same time, the roughness also affects the laminar-turbulent transition region onset position and its extension. The rough surfaces effects on heat transfer and transition were studied in icing literature [2,3,4,5] and its influence on glaze ice shape were evaluated recently [6,7].…”