Исследователи из Сколковского института науки и технологий совместно с норвежскими коллегами создали математическую модель, описывающую процесс замерзания капель воды, движущихся в холодном воздухе. Развитие технологии позволит точно предсказывать обледенения морских судов и сооружений в условиях Арктики для обеспечения их нормальной работы, безопасности экипажей и сохранности грузов. Статья опубликована в журнале Energies.
Ученые из Центра Сколтеха по проектированию, производственным технологиям и материалам и SINTEF (Норвегия) построили модель, описывающую процесс охлаждения отдельной капли воды, ее частичного замерзания и последующего взаимодействия с твердой поверхностью корпуса корабля. Авторы разработали несколько специальных экспериментальных установок для получения ранее неизвестных параметров в лабораторных условиях и в море. Эти данные они использовали для построения сложной компьютерной модели, описывающей процесс обледенения. Кроме того, они применяли частные модели отдельных этапов процесса обледенения.
При столкновении морской волны с поверхностью корабля капли выбрасываются в воздух. В зависимости от степени их замерзания они либо отскакивают, либо примерзают к кораблю. Если капли находятся в полузамерзшем состоянии, ситуация может развиваться по различным сценариям. Когда капель слишком много, на поверхности образуется лед, что грозит потерей устойчивости судна и эрозией поверхности. Известны модели, описывающие процесс обледенения для самолетов и ЛЭП, однако средств, описывающих этот процесс для морских условий и при этом не требующих больших вычислительных ресурсов, пока не существует.
Новая модель состоит из двух компонентов: первый имитирует частичное замерзание капли после ее выхода из толщи воды, а второй моделирует взаимодействие между каплей и твердой поверхностью при соударении. В дальнейшем исследователи планируют интегрировать ее в состав более сложной трехмерной модели. Итогом проекта, выполняемого при поддержке РФФИ, будет создание открытого программного средства для моделирования реальных сценариев столкновения волн с корпусом корабля, а также моделирования распространения капель морской воды в холодном воздухе и их осаждения на поверхности корабля.
«Программу можно будет использовать для моделирования обледенения существующих и будущих морских сооружений различного типа, а также для прогнозирования обледенения в различных климатических условиях. Применительно к уже существующим судам и сооружениям данная программа позволит повысить эффективность мероприятий по снижению рисков в случае обледенения, а при создании перспективных разработок — изменить форму и расположение компонентов судна с целью уменьшения влияния обледенения на его работу», — отмечает соавтор исследования, старший научный сотрудник Сколтеха Святослав Чугунов.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
