شبیه سازی عددی الگوهای جریان دو فازی در سیستم محافظت از یخ زدگی جریانی هواپیما به روش حجم سیال

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری / مجتمع دانشگاهی مکانیک و هوافضا، دانشگاه صنعتی مالک‌اشتر، اصفهان

2 عضو هیات علمی / مجتمع دانشگاهی مکانیک و هوافضا، دانشگاه صنعتی مالک‌اشتر، اصفهان

چکیده

در این مقاله، عملکرد سیستم ضد یخ جریانی هواپیما به منظور جلوگیری از تشکیل یخ بر روی بال، به صورت عددی بررسی شده است. جزء اصلی این سیستم، صفحه تیتانیومی با سوراخهایی به قطر 60 میکرون است که بر روی لبه حمله بال نصب شده و وظیفه پخش سیال ضد یخ بر روی بال را بر عهده دارد. هدف اصلی از این تحلیل، پیش بینی الگوی جریان خروجی از سوراخها و بررسی نحوه پخش و توزیع آن بر روی لبه حمله بال با توجه به نمودارهای توزیع کسر حجمی به روش حجم سیال می‌باشد. مطابق نتایج مشاهده میگردد که در شرایط طرح در محدوده دبی 001/0 تا gr/s 002/0 میتوان توزیع کاملی از پخش سیال روی سطح بال ایجاد کرد. همچنین تاثیر پارمترهای مختلف مانند دبی و فشار سیال ورودی، سرعت جریان هوا و زاویه حمله بر نحوه پخش سیال و محدوده توزیع آن نیز بررسی شده و مشاهده میگردد که تغییر این پارامترها، تاثیرمحسوسی بر محدوده پخش سیال و نحوه توزیع آن دارد. به عنوان نمونه تغییر زاویه حمله از 10- درجه تا 10+ درجه، سبب تغییرات حدود 50 درصدی در پخش سیال در سطوح بالا و پایینی نقطه سکون ایرفویل میگردد. از طرفی به منظور صحه‌گذاری تحلیل عددی انجام شده، با توجه به استفاده از هر دو روش اویلری و لانگراژی در این تحلیل، از دو نمونه نتایج آزمایشگاهی استفاده می‌شود که تطابق بسیار خوبی در هر دو مورد، بین نتایج مشاهده می‌گردد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Numerical simulation of gas-liquid two-phase flow in the Aircraft Fluidic Anti-icing System by volume of fluid method

نویسندگان [English]

  • Mohamadreza Afghari 1
  • Ali reza Mostofizadeh 2
  • Mohamad Ali Vaziry 2
1 Mechanical & Aerospace Engineering Department, Malek Ashtar University of Technology, Shahin Shahr, Esfahan, Iran
چکیده [English]

In this paper, the Fluidic anti-ice system performance for protective of ice formation on the aircraft wing leading edge is investigated numerically. The main parameters in this paper is checked, behavior of the flow, see the leak or spray flow out of the hole, and the fluid distribution range by volume of fluid method. This study helps us to distribute fluid anti-ice over the zone of wing so as to prevent ice formation in that area. Then the effect of various parameters such as fluid flow rate and inlet pressure, air velocity and angle of attack was studied and observed that if these parameters changed, it can be sensible effects on the fluid distribution and its range. Finally, in order to validate of numerical method by using the Euler and Lagrange method in this analysis, two experimental results were used and compared them. There is a good agreement between the numerical and experimental results.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Two phase flow
  • Anti Icing Flow
  • Protective Panel
  • behavior of Fluid
[1] S.K. Thomas, R.P. Cassoni, C.D. MacArthur, Aircraft Anti- Icing and De-Icing Techniques and Modeling, Journal of Aircraft, Vol. 33, No. 5, pp. 841–854, 1996
[2] A. Rodriguez, Numerical Investigation of a Wing Hot Air Ice Protection System, Bachelor of Science, Wichita State University, 2007.
[3] R. Hoffmann, M. Pustelnik, L. Trapp, G. Lima da Silva, W. Campo, L. Carlos, Development of an Engine Anti-Ice Protection System using Experimental and Numerical Approaches, Embraer, Proceedings of the ASME 2007, International Mechanical Engineering Congress & Exposition, canada, 2007, Technical Paper  2007-01-3355, 2007.
[4] B. Balarishna,V. Gangadhar, Validation of Unsteady Thermodynamic CFD Simulation of Aircraft wing Anti-Icing Operation, International Journal of Current Engineering and Technology, Special Issue-2, pp. 475-479, 2014.
[5] W.Dong, J.Zhu, G.Lei, M.Zheng, Numerical Simulation of Hot Air Anti-icing Characteristics of an Aero-engine Strut, 53rd AIAA Aerospace Sciences Meeting Kissimmee, No. 2015-053, 2015.
[6] B.Buonomo, A.Diana, O.Manca, S.Nardini, Numerical Investigation on a Modified Piccolo Tube System in Aircraft Anti-Icing, ASME 2017 Heat Transfer Summer Conference,  Paper No. HT2017-4986,pp.V001T01A003,2017.

[7] T.G. Keith, K.J. DeWitt, W.B. Wright, K.C. Masiu laniec, Overview of Numerical Codes Developed for Predicting Electro thermal De-Icing of Aircraft Blades, AIAA Paper,  No. 1988-0288, 1988.
[8] K.Al-Khalil, M.Potapczuk, Numerical modeling of anti-icing systems and comparison to test results on a NACA 0012 airfoil,
31st AIAA Aerospace Sciences Meeting Exhibit, 10.2514/6.1993-170, 1993.
[9] G.Silva, O.Silvares, E.Zerbini, Airfoil Anti-ice System Modeling and Simulation,
41st AIAA Aerospace Sciences Meeting and Exhibit, 10.2514/6.2003-734, 2003.
[10] B. Xueqin, L. Guiping ,Y. Jia, Y. Shenghua and S. Xin, Numerical Simulation of an airfoil electrothermal anti-icing system, IMeche Part G:  J Aerospace Engineering 0(0), pp 1-15, 2012
[11] M. Pourbagian, W. Habashi,  CFD-Based Optimization of Electro-Thermal Wing Ice Protection systems in De-Icing Mode, AIAA Paper,  No. 2013-654, 2013.
[12] S. Ramamurthy, T.G. Keith, K.J. DeWitt, J.C. Putt, C.A. Mar-tin, K.L. Leffel, Numerical Modeling of an Advanced Pneumatic Impulse Ice Protection Sys- tem (PIIP) for Aircraft, AIAA Paper,  No. 1991-0555, 1991.
[13] L.Hackler, R. Rissmiller, Fluid Ice Protection Systems, Technical Center Library, Atlantic City Airport, N.J. 08405, 1986.
[14] F.R.Menter, Two-equation eddy-viscosity turbulence models for engineering applications, AIAA Paper, No. 1994-1605, 1994.
[15] P. Hanafizadeh, M. Moezzi, M. H. Saidi, Simulation of gas-liquid two phase flow in upriser pipe of gas-lift systems, Energy Equipment and Systems, Vol. 2, No. 1, pp. 25-42, 2014.
[16] O. Ubbink, Numerical Prediction of Two Fluid Systems with Sharp Interfaces, Ph.D. thesis, University of London, London, 1997.
[17] M.R. Afghari, M.A.Vaziry and A.R. Mostofizadeh, Computational fluid dynamics investigation of finding appropriate location of fluidic Anti-icing protective panel on leading edge of wing, IMeche Part G:  J Aerospace Engineering 0(0), pp 1-12, 2017.
[18] A. Bagade, C. Mo, A. Mazher , Degradation of Power Generation Performance due to Effects of Various Ice Shapes and Accretions on Wind Turbine Blades, Energy Research Journal, 6 (2), pp 42-53, 2015.
[19] L. Yanl, C. Yuan, H.Yongjunl, L. Shengnnaol, T.Kotaro, Numerical simulation of icing effects on static flow field around blade airfoil for vertical axis wind turbine, Int J Agric & Biol Eng, Vol. 4 No.3, pp 41-47, 2011.
[20]  D. L. Kohlman, A. E. Albright, A Method of PredictingFlow Rates Required to Achieve Anti-Icing Performance with a Porous Leading Edge Ice Protection System, National Aeronautics and Space Administration, NASA CR 168213,August 1983.
[21] Joint Aviation Requirements (JAR-23), March 2009.
[22] R.A. da silveira, C.R. Malisca, D.A. Estivan, R Mendes, Evaluation of Collection Efficiency Methods for Icing Analysis, 17th International Congress of Mechanical Engineering, November 10-14,2003.
[23] B.E. Humphreys, J. L. Jordan, overview of certifying a freezing   point depressant ice protection system, CAV Aerospace Ltd, 2005.
http://www.caviceprotection.com
[24] M. Farley, S. Trow, Losses in Water Distribution Networks, IWA Publishing, London, 2003.