A légcsavarprofilokon történő jégképződés súlyos aerodinamikai és biztonsági problémákat vet fel. Ezen jelenség hatékony visszaszorítása érdekében a legújabb kutatások a robusztus optimalizációs keretrendszerekre helyezik a hangsúlyt, különös tekintettel a környezeti bizonytalanságokra, mint például a hőmérsékleti ingadozások. Az eljárás alapja, hogy egy feketedoboz modellként kezelt rendszerben a jégképződés mértéke, azaz az Ṁ_ice mennyiség kvantilis értékei és a jégképződés elmaradásának valószínűsége képezik az optimalizációs célfüggvényeket.

A folyamat kezdeti lépése az induló konfiguráció meghatározása, amely alapján a keresési algoritmus (MADS – Mesh Adaptive Direct Search) új próbapontokat generál. Ezekre a pontokra nézve a Latin hiperkocka mintavétel (Latin Hypercube Sampling) technikával N_train darab szimulációs pontot képeznek a bizonytalan bemeneti változók tere alapján. A PoliMIce keretrendszer ezeket a mintákat használja fel a szárnyprofil mindkét oldalára vonatkozó jégképződési ráta meghatározásához, majd ebből építi fel a helyettesítő modellt.

A helyettesítő modell segítségével Monte Carlo-mintavételen alapuló sztochasztikus kiértékelés történik. Ezután kiszámítják az érdeklődési mennyiség (QoI) robusztus értékeit. Amennyiben az új próbapont javítja az objektív függvény értékét, úgy az inkumbens konfiguráció frissül, és a folyamat folytatódik, amíg a konvergenciaküszöböt (ε_t) el nem érik.

A módszer hatékonyságát két különböző bizonytalansági határ (B1 és B2) mellett vizsgálták. Az eredmények szerint már 10⁵ szimulációs minta is elege

Hogyan befolyásolja a szintetikus sugáraktív rendszer a jéglerakódást szubszonikus, túlhűtött áramlásban?

Az jéglerakódás megakadályozására vagy csökkentésére szolgáló aktív vezérlési módszerek között kiemelkedő szerepet kapnak a szintetikus sugáraktív aktorok (SJA-k). Az ilyen rendszerek működésének és hatékonyságának vizsgálatára összetett numerikus modellek állnak rendelkezésre, melyek különböző modulok összehangolt munkáján alapulnak. Az ANSYS FENSAP-ICE szoftvercsomag négy fő modult tartalmaz, amelyek együttesen modellezik az áramlást, a vízcseppek becsapódását, a jég kialakulását és a hőátadást a hideg felületeken. Az áramlás megoldásához a FENSAP modul használja a 3D CFD RANS megközelítést, a DROP3D modul az Euler-féle cseppbecsapódás-számítást alkalmazza, amely hatékonyabb a hagyományos Lagrange-i módszereknél, míg az ICE3D a cseppekből keletkező jég mennyiségét, valamint a visszafolyt vagy elpárolgó víz mennyiségét számolja. A CHT3D modul pedig a felület és az áramló közegek közti konjugált hőátadást modellezi. E modulok egymással folyamatos adatcserét végeznek, minimalizálva a felhasználói beavatkozást.

Az SJA-k által létrehozott időperiodikus, oszcilláló áramlás miatt a jéglerakódás numerikus elemzésének ideális esetben teljes, iteratív ciklusra lenne szüksége az összes modul között, amely figyelembe veszi az áramlás időbeli változásait. A bemutatott vizsgálatban azonban egy egyszerűsített, kvázi-stacionárius megközelítést alkalmaztak, ahol egy-egy esetben az áramlást először stabilizálják az ANSYS FLUENT segítségével, majd ezt követően az FENSAP-ICE modulok használatával határozzák meg a jéglerakódást. Bár a teljes időfüggő elemzés nem történt meg, a kapott eredmények jelentős eltérést nem mutatnak a valós helyzettől.

Az egyik benchmark eset egy 15 fokos ékvágású test, amelyet hat SJA fúvóka mentén osztottak el, 5 mm-es távolságra egymástól. Az upstream áramlás Mach-száma 0,1, hőmérséklete –20 °C. Az aktorok jellemző paraméterei között szerepel az 1000 Hz-es frekvencia és 0,5 mm átmérőjű nyílások, amelyekből 25 m/s sebességű levegőáramlás lép ki. Négy fő esetet vizsgáltak: alap eset, nem működő, de fűtött SJA, működő, de nem fűtött SJA, valamint működő, fűtött SJA. Az időfüggő működés kvázi-stacionárius megközelítésben történt, a ciklus szélső állapotainak elemzésével.

A számításokban a rácshálózatot a Pointwise szoftverrel állították elő, amely mintegy 244 ezer pontból állt a folyadék térfogatára, míg a szilárd hővezető tartományra körülbelül 30 ezer pontot alkalmaztak. Az áramlás szimulációja Spalart-Allmaras turbulenciamodellt használt. Az ékvágás előtti terület vízfelfogóként volt definiálva a víz felhalmozódásának elkerülése érdekében. Az adiabatikus és szimmetria feltételek megfelelően biztosították a hőmérsékleti határokat, miközben az SJA-k fúvókáinak falai és a wedge felülete integrálták a folyadék és szilárd test közötti hőátadást.

Az SJA-k működéséből fakadó átmeneti áramlási jellemzők miatt az időfüggő megoldást négy fontos időpillanatban vizsgálták: az orr nyílás zárási, kilökési, ismételt zárási és beszívási fázisában, amelyek az áramlás sebességének extrém értékeit reprezentálták. Ezzel lehetővé vált a maximális és minimális jéglerakódás meghatározása a működés ciklusa során, különösen a működő, aktív esetekben.

Fontos megjegyezni, hogy a jégképződés és -csökkenés egy komplex, többrétegű folyamat, amelyben a cseppek becsapódása, az adott felület hőmérséklete, a felületen visszafolyt víz mennyisége, valamint az áramlási és hőátadási viszonyok egyaránt szerepet játszanak. A numerikus modellezés alapja a konjugált hőátadási egyenletek megoldása, melyben az energiaegyensúly a sugárzás, konvekció, párolgás és jégképződés együttes hatását veszi figyelembe. Ezért az ilyen rendszerek vizsgálatánál elengedhetetlen a teljes fizikai rendszer egyidejű modellezése, különösen az időfüggő hatások integrálása a valóságos működési körülmények leírásához.

A vizsgálat eredményei hangsúlyozzák a fűtött SJA-k szerepét a jéglerakódás hatékony csökkentésében, miközben az aktív vezérlés és a pontos áramlási dinamikai paraméterek megfelelő kombinációja nélkülözhetetlen a megbízható védelemhez. Emellett a kvázi-stacionárius megközelítés egy jó kompromisszum a számítási költségek és az eredmények pontossága között, bár a jövőbeni kutatások számára az időfüggő iteratív megoldások tovább növelhetik az előrejelzés megbízhatóságát.

Az olvasónak fontos tudnia, hogy az ilyen komplex fizikai folyamatokat leíró modellek nem csupán a folyadékdinamikai és hőtechnikai szempontokat foglalják magukban, hanem mélyreható ismereteket igényelnek az anyagtudomány, a fázisátalakulások és az áramlási instabilitások területén is. A jégvédelmi rendszerek fejlesztésében a kísérleti és numerikus megközelítések szoros együttműködése nélkülözhetetlen, és a valós körülményekhez való alkalmazkodás érdekében a modellek folyamatos validálása szükséges. A jégképződés elleni védelem hatékonyságának megértéséhez elengedhetetlen a fizikai jelenségek teljes körű értelmezése, különös tekintettel a helyi áramlási és hőmérsékleti változások dinamikájára.

Milyen kockázatokkal járhatnak a bőrbetegségekkel kapcsolatos orvosi állapotok?
Hogyan automatizáljuk a fejlesztői környezet telepítését Windows és macOS rendszereken parancssori eszközökkel?
Milyen hatása volt Donald Trump elnökségének a médiás logikára és a demokráciára?