ГОСТ Р ИСО 12494-2016
Можнодопустить, что для облачных капелек
ta=tg;
такое предположение допускается также для переохлаж
денных капель дождя.
Потери тепла на длинноволновое излучение могут параметризоваться как
Qs =oa(t,-ta),
(С. 13)
где о — постоянная Стефана-Больцмана (5.67 • 10 а Вт м 2К 4). а а — линеаризованная постоянная излучения (э
=8.1 107К3). Вданном уравнении учитывается только длинноволновое излучение и допускается общая
излучательная способность и для поверхности обледенения, и для окружающей среды.
В результате параметризации уравнений от (С.8) до (С.13) в уравнении теплового баланса (С.7) и решения
фракции нарастания гололеда получено следующее уравнение
t
С»
(k ~
Пз =
Я(1->.^
Ч>Р
(1-X)L,
~ )
F[1-X\Lf
(С.14)
До сих пор. однако, нет единой точки зрения на определение коэффициента конвективной теплопередачи
Л в уравнении (С.14). Имеются стандартные методы оценки и местных, и общих значений для
h
на гладких объ
ектах разных размеров и форм. Большинство моделей обледенения допускает, что коэффициенты теплопередачи
цилиндров достаточно хорошо представляют объекты обледенения. Даже при допущении такой простой формы,
проблема усложняется шероховатостью льда. Влияние поверхностной шероховатости теоретически изучено во
всехдеталях (17]. и данная теория может быть использована как часть модели обледенения.
Имея оценку
h,
уравнение (С.14) можно использовать для определения интенсивности нарастания гололеда
д3и вывода уравнения интенсивности обледенения (С.1). Следует отметить, что хотя уравнение (С.14) записано
в терминах плотности водяного потока Я. оно в действительности верно также и для локального уровня, на по
верхности обледеневающего объекта. В этом случае Япредставляет прямой массовый поток плюс обратный поток
воды с других секторов поверхности. Тогда средняя температура результирующего потока будет отличаться от
температуры капель. Для того чтобы спрогнозировать не только общее нарастание гололеда, но также форму
и вертикальное распределение, данные аспекты определения местного теплового баланса включены в
некоторые модели обледенения (см., например. |11] и [31]).
С.З Численное моделирование
Решение проблемы интенсивности обледенения аналитическим способом с помощью уравнения (С.14) не
является целесообразным, так как оно предполагает использование эмпирических уравнений зависимости давле
ния насыщенного водяного пара и удельной теплоты на температуру, а также процедуру определения
h.
Числен
ные методы следует использовать еще и потому, что обледенение является процессом, зависящим от времени, и
изменения размеров гололедных отложений влияют на коэффициент теплопередачи
А
в уравнении (С.1). Все это
усложняет процесс обледенения. Проблема формы нарастающего гололеда, изменяющейся во времени, обычно
решается простым способом: принимают, что отложения гололеда имеют цилиндрическую геометрию. Однако про
блема может усложниться образованием сосулек. Отдельная модель, имитирующая образование сосулек (19].
может быть использована при моделировании обледенения под воздействием ледяного дождя. Так. в [21] пред
лагается комплексная модель имитации гололедных нагрузок под воздействием ледяного дождя.
Зависимые от времени численные моделиобледенения требуют также моделирования плотности отложений
гололеда. Это объясняется тем, что интенсивность обледенения для следующей временнбй стадии зависит от
размеров объекта
А
в уравнении (С.1), для чего требуется знание взаимосвязей между смоделированной ледовой
нагрузкой и размерами обледеневших конструкций. Для изморозевого гололеда плотность может моделироваться
численным методом с помощью отдельной баллистической модели [30]. В большинстве случаев наиболее под
ходящее уравнение [23] может быть использовано для плотности р изморози (сухого гололедообразования) на
цилиндре:
р = 0.378 +0.425 (log Я) - 0.0823 (log R)2.(С. 15)
где
R
— параметра Махклина [12]:
R =-
(v^m)l2ts
(С.16)
где v0— скорость столкновения капель, исходя из среднеобъемного размера капли dm;
ls
— температура поверхности отложения гололеда.
Уравнения для расчетаможно взять из [5]. Температуру поверхности (sопределяют численным методом
по уравнению теплового баланса. Однако в большинстве случаев атмосферной изморози температура воздуха
может обеспечить аппроксимацию
ta.
Для гололеда (влажное обледенение) вариации плотности малы, и допускается принимать значение
0.9 г/см3.
37