Transferência de calor e massa no escoamento bifásico em torno de aerofólios de uso aeronáutico em condições de formação de gelo

Resumo

A formação de gelo nas asas e estabilizadores horizontais de aeronaves podem causar a degradação do desempenho aerodinâmico, o aumento de peso, bem como dificuldades de controle e manobra que, em casos críticos, levam a uma diminuição da margem de segurança operacional. Quando as aeronaves atravessam nuvens com gotículas de água sub-resfriadas, ou seja, em equilíbrio meta-estável, o crescimento de gelo ocorrerá em superfícies não protegidas adequadamente. Usualmente, os sistemas antigelo térmicos de aerofólios são projetados, desenvolvidos e certificados com o auxílio de programas de simulação numérica. O presente trabalho visa desenvolver e implementar um modelo matemático para prever a transferência de calor e massa no escoamento bidimensional bifásico em torno de aerofólios de uso aeronáuticos, equipados com sistema de antigelo térmico operando em regime permanente. Em condições de formação de gelo, é necessário aquecer o bordo de ataque e controlar a temperatura da região protegida para que não ocorra formação de gelo. O sistema de aquecimento compensa os efeitos do resfriamento imposto principalmente pelos mecanismos de evaporação e transferência de calor por convecção acoplados, que são causados pelo escoamento do ar carregado de gotículas sub-resfriadas e do escoamento de água líquida captada em torno do bordo de ataque. O modelo deverá estimar a potência térmica com precisão adequada para fins de projeto e dimensionamento do sistema antigelo. O presente trabalho implementará novos modelos para:1)estimar a molhabilidade da superfície do aerofólio por meio de um modelo matemático para o escoamento do filme e para a formação e o escoamento dos filetes de água líquida sobre a superfície sólida do aerofólio; 2)avaliar o comportamento dinâmico e térmico da camada-limite laminar e turbulenta por meio de uma análise integral e diferencial, que considera efeitos do gradiente de pressão, da transição laminar-turbulenta, bem como os efeitos da transpiração e da não uniformidade de temperatura da superfície na região do bordo de ataque do aerofólio; 3) estimar o início e o término da região de transição laminar-turbulenta por meio de correlações empíricas clássicas, análise linear da estabilidade da camada-limite laminar e métodos mais recentes encontrados na literatura.