Thermal boundary layer effects in aeronautical airfoils icing accretion.

O modelo de avaliação da camada limite dinâmica e térmica foi implementado, no presente trabalho, em um código numérico para o cálculo do coeficiente de transferência de calor convectivo sobre aerofólios de uso aeronáutico com formação de gelo. Foram considerados, no modelo da camada limite turbulenta, os efeitos da rugosidade equivalente do grão de areia ks, e transição entre o regime laminar e turbulento foi avaliada por dois modelos, um abrupto e um suave. Para a transição suave foi utilizada uma função intermitência proposta por (ABU-GHANNAM; SHAW, 1980). O código desenvolvido neste trabalho foi acoplado aos módulos do código ONERA com o objetivo de simular as formas de gelo em aerofólios para diversas condições de escoamento do ar com conteúdo de água. As formas de gelo obtidas foram comparadas com dados experimentais de Shine Bond (1994) e com resultados de simulações dos códigos LEWICE, TRAJICE e ONERA (KIND, 2001). Os resultados das simulações do presente trabalho apresentaram boa semelhança com os resultados dos outros códigos. A simulação da previsão de formas de gelo do tipo Glaze, do presente trabalho e dos outros códigos, resultou em formas de gelo de espessura e volume menores que as formas experimentais. Foi verificado que uma previsão adequada do coeficiente de transferência de calor convectivo afeta a simulação das formas deste tipo de gelo. Um caso de Kind (2001) foi utilizado para avaliar os efeitos dos parâmetros da camada limite dinâmica e térmica na formação de gelo em aerofólios. Verificou-se que a posição do início da transição do regime laminar para o turbulento, o comprimento d a transição e o valor da rugosidade afetam a forma, a espessura e o volume do gelo, e que estes parâmetros podem ser utilizados para ajustes dos modelos de camada limite para melhores previsões de formas de gelo do tipo Glaze.The model to evaluate the momentum and thermal boundary layer was implemented, in the present work, in a numerical module to calculate the convective heat transfer coecient over aeronautical airfoils with ice accretion. It was considered, in the turbulent boundary layer model, the eects of the equivalent sand grain roughness ks , and the laminar to turbulent transition was evaluated with two models, the abrupt and the smooth one. The smooth transition model used an intermittency function proposed by (ABU-GHANNAM; SHAW, 1980). The module developed in this work was integrated with the modules of the code ONERA in order to simulate the airfoil icing shapes for several air stream with water droplets condition. The ice shapes obtained was compared with experimental data of Shin e Bond (1994) and with simulation results for the codes LEWICE, TRAJICE e ONERA (KIND, 2001). The results of the simulations for the present work showed a good similarity with the other codes results. The Glaze icing shapes simulation, in the present work and in the other codes, resulted in icing shapes with thickness and volumes lesser than the experimental shapes. It was noted that a reasonable prediction of the convective heat transfer coecient aects the simulation of this type of ice shape. One case of Kind (2001) was used to evaluate the eects of the momentum and thermal boundary layer for the icing accreations in the airfoil. It was noted the onset position, the lenght of the laminar-turbulent transition, and the sand grain roughness value aects the icing shape, thickness and volume and this parameters might be used to adjust the boundary layer models in order to get better predictions of Glaze icing shapes