ГОСТ Р ИСО 12494-2016
С.2.2 Эффективность столкновения
Когда капля перемещается с воздушным потоком в направлении обледеневающего обьекта, силы аэроди
намического сопротивления и инерция определяют ее траекторию. Если инерционные сипы не велики, тогда до
минировать будет сопротивление, и капли будут перемещаться в потоке воздуха (см. рисунок С.1). Так как потоки
воздуха будут огибать объект, вместе с ними будут огибать объект икапли. Поэтомудействительная интенсивность
столкновения будет меньше, чем плотность потока. В больших каплях будет доминировать инерционная сила, и
капли будут стремиться к столкновению с объектом без отклонения от него (см. рисунок С.1).
Относительная величина инерции и сопротивления, воздействующих на капли, зависит от их размеров, ско
рости воздушного потока и размеров обледеневающего объекта. Если данные параметры известны, эффектив
ность столкновения п, может быть выведена теоретически посредством численного решения уравнений пере
мещения капель в воздушном потоке. Данный подход, который был разработан в 1946 году [9]. включает в себя
численное решение траекторий воздушного потока и траекторий капель. Траектории должны определяться, с
тем чтобы вывести значение эффективности столкновения
Такие расчеты имеютсложный характер и требуют боль
шого объема вычислительных затрат. Тем не менее, существуют несколько способов упростить расчетдля
практического применения.
Во-первых, если принять, что обледеневший объект имеет цилиндрическую форму, то существует аналити
ческое решение для воздушного потока вокруг объекта, и эффективность столкновения может быть параметризо
вана с помощью двух безразмерных параметров:
K =pwd2l9»D
(С.2)
и
о =
Re*IK
(С.З)
с числом Рейнольдса для капель при произвольной скорости потока
v
Re =
ра
d
иф.(С.4)
где
d
— диаметр капли:
О — диаметр цилиндра;
pw— плотность воды;
р — абсолютная вязкость воздуха;
ра— плотность воздуха.
Для численного определения данных разработана следующая эмпирическая формула [5).
Л, = А - 0.028 - q e - 0.0454).(С.5)
где
А
= 1,066Кч)<юв1вехр(-1.10Э#Г0’в8й),
В =3.641К^-,9веХр Н 1497К--о.е94).
С= 0.00637(ф-100)° зв1.
Во-вторых, в [6)былопоказано, что с высокой точностью в расчетах могут быть использованы один параметр
и средний диаметр объема (MVD) (как
d
в уравнениях (С.2) и (0.4)]. без необходимости вычисления л, отдельно
для каждой категории размеров капель.
Эффективность столкновения
гц в
значительной степени зависит от размера частиц, и для достаточно
большого среднего диаметра объема можно практически использовать щ = 1, если конструкция не являетсяочень
большой. Поэтому Пт следует вычислять только в тех случаях, когда облачные капельки вызывают обледенение.
При выпадении атмосферных осадков (дождь, снег) эффективность столкновения оказывается близкой к единице.
С.2.3 Эффективность прилипания
Когда переохлажденная капля воды сталкивается с поверхностью льда, она быстро замерзает и не успевает
отскочитьот поверхности (см. рисунок С.2). Если на поверхности имеется жидкий слой, капля растекается по нему и
также не отражается от нее (см. рисунок С.З). В ходе данных процессов возможно образование капелек, поки
дающих поверхность в результате их дробления. Однако их объем в большинстве случаев настолько мал, что их
воздействие на обледенение практически не учитывают. Соответственно принято считать, что капли жидкой воды, как
правило, не отскакивают от поверхности, т.е. для водяных капель л2= 1.
Снвжныв частицы отражаются весьма эффективно. Для полностью твердых частиц (сухой снег), эффектив
ность прилипания г|2практически равна нулю. Однако если на поверхности частиц снега находится жидкий слой,
они прилипают намного эффективнее. При небольшой скорости столкновения и благоприятных температурных
и влажностных условиях значение д2близко к значениям мокрого снега.
В настоящее время не существует общепринятой теоретической модели относительно эффективности при
липания мокрого снега. Имеющиеся методы аппроксимации д2 являются эмпирическими уравнениями на основе
лабораторного моделирования и некоторых полевых наблюдений. Первой лучшей аппроксимацией для д2. воз
можно. является [1]:
П2=1
/v.
(С.6)
35