Разработка решателя flagmanFoam для моделирования обледенения летательных аппаратов в условиях натекания мелких капель

Работа посвящена созданию программного комплекса flagmanFoam, разрабатываемого на базе пакета OpenFOAM v2012. Решатель предназначен для моделирования процессов обледенения в условиях натекания мелких капель, при характерном размере до 40 мкм, что соответствует Приложению C Авиационных правил АП-25. Приведены физико-математические модели, реализованные в решателе: для описания динамики газокапельного потока используется Эйлер-Эйлер подход , термодинамическая модель Майерса используется для описания процесса нарастания жидкой пленки и льда, для движения межфазной поверхности используется Coupled Level Set – VoF метод, для учета взаимодействия между жидкостью и обтекаемым телом используется метод погруженных границ, турбулентная вязкость вычисляется с помощью k-w SST модели турбулентности. Представлены результаты моделирования на тестовых задачах и сравнение с экспериментальными данными.

1. Миллер А.Б., Потапов Ю.Ф. и др. Лабораторная аэрохолодильная установка для исследования процессов обледенения. Ученые записки ЦАГИ, том 47, no. 4, 2016 г., стр. 55-61 / Miller A.B., Potapov Yu.F. et al. Laboratory aero-refrigeration setup for investigation of ice accretion processes. TsAGI Science Journal, vol. 47, no. 4, 2016, pp. 423-432.

2. Кашеваров А.В., Левченко В.С. и др. К гидротермодинамике обледенения профиля в воздушно-кристаллическом потоке. Журнал технической физики, том 88, вып. 6, 2018 г., стр. 808-814 / Kashevarov A.V., Levchenko V.S. On the hydrothermodynamics of the icing of a wing profile in the air-crystalline flow. Technical Physics, vol. 63, issue 6, 2018, pp. 782-788.

3. Thomas S.K., Cassoni R.P., MacArthur CD. Aircraft Anti-Icing and De-Icing Techniques and Modeling. Journal of Aircraft, vol. 33, issue 5, 2012, pp. 841–854.

4. Miller A.B., Potapov Yu.F., Stasenko A.L. Experimental and Theoretical Investigations of Aircraft Icing in the Case of Crystal and Mixed-phase Flow. In Proc. of the 29th Congress of the International Council of the Aeronautical Sciences, 2014, paper 2014-0575.

5. Bidwell C.S. Collection Efficiency and Ice Accretion Calculations for a Boeing 737-300 Inlet. SAE/AIAA Technical Paper 96-5570, 21p.

6. CS-25 Large Aeroplanes. Available at: https://www.easa.europa.eu/certification-specifications/cs-25-large-aeroplanes, accessed 25.10.2021.

7. Xu Yu., Liu X. An immersed boundary method with y+-adaptation wall function for smooth wall shear. International Journal of Numerical Methods in Fluids, vol. 93, issue 6, 2021, pp. 1929-1946.

8. GitHub-psu-efd/ibwallfunction_OpenFOAM: An immersed boundary method with y+-adaptive wall function for smooth wall shear. Available at: https://github.com/psu-efd/ibwallfunction_OpenFOAM, accessed 25.10.2021.

9. Myers T.G. Extension to the Messinger Model for Aircraft Icing. AIAA JOURNAL, vol. 39, no. 2, 2001, pp. 211-218.

10. Dianat M., Skarysz M., Garmory A. A Coupled Level Set and Volume of Fluid method for automotive exterior water management applications. International Journal of Multiphase Flow, vol. 91, 2017, pp. 19-38.

11. Anderson D.N. Rime-, Mixed- and Glaze-ice Evaluations of Three Scaling Laws. In Proc. of the AIAA 32nd Aerospace Sciences Meeting and Exhibit, 1994, 16 p.

12. Icing Wind Tunnel Interfacility Comparison Tests. SAE Aerospace information report AIR5666. 2012.

13. Wright W.B., Rutkowski A. Validation Results for LEWICE 2.0. Technical Report NASA/CR-1999-208690, 1999, 679 p.