By schroedl
6. Dezember 2021

Projektnummer: 4.404.10001 (CFD-Optimierung bei Vereisungsbedingungen von Drohnenvereisung)

Involvierte Kooperationspartner:

RTA Rail Tec Arsenal

FH JOANNEUM

AIRlabs Austria

Projektbeschreibung/Methoden:

Für den Vereisungsvorgang an Komponenten von Luftfahrzeugsystemen ist neben der Anströmung (Richtung und Betrag, Turbulenzgrad), Lufttemperatur und Vereisungsdauer vor allem die Größe der Wassertropfen und der Wassergehalt – der als LWC (Liquid Water Content) bezeichnet wird – maßgeblich. Um für einen Zertifizierungsprozess vorgeschriebene Vereisungsfälle experimentell simulieren zu können, ist es notwendig den LWC bestimmen zu können. Eine bewährte Methode ist die sogenannte Rotating Cylinder Methode. Bei dieser wird über eine bestimmte Zeitdauer ein Zylinder mit einem definierten Durchmesser quer in der Anströmrichtung positioniert und mit einer konstanten Drehzahl gedreht. Nach einer gewissen Vereisungsdauer wird die Eismasse durch einen Wägeprozess ermittelt und über eine analytische Gleichung der LWC errechnet. Eine unbekannte Größe ist die sogenannte Collection Efficency, die angibt wieviel Prozent der Tropfen, die sich auf der projizierten Anströmfläche des Zylinders befinden, tatsächlich am Zylinder auftreffen. Dieser Faktor ist abhängig von der Anströmgeschwindigkeit und der Tropfendruchmesser. Abhängig von der Trägheit werden kleinere, masseärmere Tropfen eher den Strömungslinien folgen und nicht am Zylinder auftreffen als größere Tropfen.

Ziel ist es durch numerische Strömungssimulationen eine Matrix von Collection Efficencies für unterschiedliche Durchmesser und Anströmgeschwindigkeiten zu erstellen. Mit diesen Ergebnissen kann eine LWC-Bestimmung bei experimentellen Vereisungstests mittels der Rotating Cylinder Methode erfolgen.

Ergebnisse/Dissemination:

Für insgesamt 4 verschiedene Anströmgeschwindigkeiten, 5 verschiedene Zylinderdurchmesser wurde für 9 Wassertropfengrößen 2D one-way coupled Multiphasen CFD Simulationen mittels LPT (Lagrangian Particle Tracking) durchgeführt. Die 180 Ergebnisse der Collection Efficiencies wurden als Matrix aufbereitet und übersichtlich in Diagrammen dargestellt.

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