Особенности процесса обледенения в условиях ледяных кристаллов и в смешанной фазе

Данные, полученные при летных исследованиях, не показали существенных различий обледенения в условиях смешанной фазой по сравнению с обледенением в облаках целиком состоящих из переохлажденных капель воды. Кроме того, было установлено, что наличие ледяных кристаллов в облаке, может уменьшить скорость нарастания льда, которое обычно происходит только в условиях наличия жидкой воды. В условиях ледяных кристаллов такой эффект наблюдается возможно благодаря эрозии образующегося льда этими ледяными кристаллами. Полученные результаты двух испытаний по обледенению в аэродинамических трубах в определенной степени поддерживают эту гипотезу, однако эти данные были получены только для ограниченных условий и не являются достаточными для обобщения.

Природа ледяных частиц интенсивно изучалась с помощью исследований, проводившихся при полетах самолетов и в лабораторных условиях. При попадании в двигатель часть кристаллов льда сталкивается с поверхностью лопаток вентилятора или каскада низкого давления. Прилипание кристаллов при неупругом столкновении приводит к уменьшению размеров проточной части двигателя, что приводит к его дросселированию, потерям тяги и устойчивой работы. Траектория кристаллов льда определяется баллистическими факторами и лобовым сопротивлением потока воздуха. Интенсивного таяния льда не происходит до тех пор, пока температура в двигателе не достигнет величины, превышающей 0^oС. Кроме того, тепло, которое подводится к конструкции из воздушного потока и поддерживает процесс таяния, оказывает заметное влияние на значение температуры воздуха. Первоначально, содержание жидкой воды мало, затем при дальнейшем поступлении ледяных кристаллов и их движении по проточной части эта вода замерзает на поверхности лопаток в виде изморози. Вначале это образование льда в виде изморози обычно меньше, чем образование льда в виде глазури в передних ступенях при работе в условиях замерзания жидкой воды. Чем больше кристаллов льда превращается в жидкость, тем больше льда нарастает в последующих ступенях.

В условиях полного замораживания кристаллы льда отскакивают от холодной поверхности без обледенения. Смоченная поверхность, типичная для смешанной фазы, тем не менее, позволяет некоторым кристаллам «прилипнуть» и повлиять на термодинамический баланс поверхности. Результаты наблюдений также подтверждают, что кристаллы льда при соударении с поверхностью могут разбрызгивать находящуюся на ней воду. Часть ледяных кристаллов, которая прилипает к поверхности, зависит от значений местной величины LWC (Liquid water content ), которая не была разбрызгана с поверхности. Как показали исследования, масса нарастающего льда ограничивается уровнем значений LWC, причем существуют условия «нулевой массы» на поверхности, то есть считается, что столкнувшиеся и прилипшие к поверхности кристаллы льда разбрызгали эквивалентную им массу воды с поверхности. Эти кристаллы обеспечили также определённый отвод тепла таяния, которое необходимо для замораживания эквивалентного количества жидкости. Это упрощенное представление обычного процесса, которое включает таяние соударяющихся кристаллов льда, снижающее температуру воды для замерзания, в частности при более высоких температурах воздуха.

Дата добавления: 2014-10-17