Физика формирования ледяного нароста в двигателе в условиях ледяных кристаллов

Погодные условия, в которых встречается обледенение ледяными кристаллами

Рис. 3 Модель конвективного облака.

1. Конвективная погода, содержащая ледяные кристаллы – отдельные кучево-дождевые облака или грозы до шквалистых и тропических штормов,

2. Глубокая конвективная облачность (Рис. 3), повышающая концентрацию воды в атмосфере на большой высоте,

3. Способность атмосферы сохранять влагу в зависимости от температуры (чем теплее, тем больше влаги). Теплый, влажный воздух с поверхности земли поднимается на большую высоту и создает ледяные кристаллы,

4. Измеренная величина содержания воды до 8 г/м3, причём стандартные условия сертификации для переохлажденной жидкой воды для двигателей составляют 2,5г/м3,

5. Ледяные кристаллы существуют около нулевых температур и при намного более низких значениях,

6. Вдали от ядра шторма, на фронте, измеренные ледяные частицы были малых размеров, как частицы муки.

Физика формирования ледяного нароста в двигателе в условиях ледяных кристаллов полностью не выяснена, но физическая модель состоит в следующем:

1. При попадании ледяных кристаллов в двигатель, кристаллы достигают зоны, где температура конструкции выше точки плавления, при этом некоторые льдинки в потоке воздуха начинают таять,

2. При соударении с поверхностью двигателя, подтаявшие частицы создают жидкую пленку,

3. Жидкая пленка способствует прилипанию влетающих ледяных кристаллов, происходит передача тепла, поскольку захваченные частицы начинают таять,

4. Температура металла падает до достижения точки замерзания воды; с этого момента жидкая пленка начинает формировать лед, причём лед может формироваться, пока происходит переохлаждение жидкости,

5. Это явление означает, что обледенение может происходить за вентилятором и за подпорными ступенями в районе входа в компрессор высокого давления газогенератора двигателя.

Периодически срывающийся с поверхностей компрессора лед может привести к неустойчивой работе двигателя, например, помпажу, срыву пламени или поломке двигателя. Места обледенения газотурбинного двигателя в условиях жидких переохлаждённых капель и в условиях ледяных кристаллов представлено на рис. 4.

Рис. 4. Области образования ледяных наростов на двигателе в условиях обледенения

В обычных условиях обледенения переохлажденные капли жидкости образуют иней или глянцевый лед на поверхностях, на входе в двигатель. В условиях кристаллического обледенения, согласно теории, лед отскакивает от холодных поверхностей и откладывается на более теплых поверхностях, расположенных вниз по потоку, вследствие более сложного термодинамического процесса.

Механизм формирования льда на элементах двигателя в условиях ледяных кристаллов имеет свои особенности и отличается как от механизма нарастания льда в условиях жидких переохлаждённых капель, так и от формирования льда на теплых (нагреваемых) частях фюзеляжа самолёта.

В отличии от нарастания льда на нагреваемой внешней поверхности фюзеляжа, формирование льда на внутренних тёплых поверхностях двигателя в условиях ледяных кристаллов может происходить при отсутствии жидкой воды в воздушном потоке, поступающим в двигатель. Для образования ледяных наростов для обоих случаев требуются местные условия смешанной фазы обледенения: жидкая вода для создания влажной поверхностной пленки и лёд в виде ледяных кристаллов, которые прилипают к этой пленке, создавая ледяной нарост. На поверхности фюзеляжа окружающий воздух имеет температуру ниже точки замерзания, поэтому местная смешенная фаза обледенения создается за счёт таяния ледяных частиц, соударяющихся с нагретой поверхностью. При образовании ледяного нароста на обледеневшей поверхности жидкая вода отсутствует, и рост образующегося льда прекращается (подобно холодной поверхности в холодном воздухе, которая не обледеневает). В двигателе, когда температура окружающего воздуха выше точки замерзания, местная фаза смешения создается сталкивающимися частицами льда, которые тают при контакте с горячей поверхностью, и соударяющимися каплями жидкой воды от небольших ледяных частиц, растаявших под воздействием окружающего воздуха. В этом случае существует постоянный источник условий для смешанной фазы, обеспечивающей поддержание процесса роста льда, поскольку условия смешанной фазы обледенения создаются непрерывно.

Дата добавления: 2014-10-17