Los pilotos y los funcionarios de seguridad se preocupan por la acumulación de hielo en las alas y la cola de un avión que vuela durante la lluvia helada. La acumulación anormal de hielo puede alterar el flujo de aire para alterar la física del vuelo y provocar paradas, volteretas y choques a alta velocidad.
Detrás de la formación de hielo anormal acecha un culpable conocido: las gotas grandes sobreenfriadas SLD. Estas son gotas cuyo diámetro máximo es mayor de 1000 micrómetros igual a 1 milímetro, o aproximadamente la mitad del ancho de la cabeza de un pasador de estrecho.Los funcionarios de seguridad están tan preocupados por SLD que el 4 de noviembre de 2014, la Administración Federal de Aviación promulgó una nueva norma que regula las normas de aeronavegabilidad en condiciones de acumulación de hielo creadas por la presencia de SLD en condiciones de hielo y cristales de hielo de fase mixta.
Sin embargo, a pesar de los peligros conocidos de SLD, persisten importantes brechas de conocimiento, hasta ahora.
Gracias al trabajo de un equipo de investigación de ingeniería aeroespacial de la Universidad Jiao Tong de Shanghai, en China, y su investigación realizada en el Túnel de Viento Icing de Shanghai, ahora está surgiendo una comprensión más completa. Es importante destacar que apunta a un mecanismo de formación de hielo diferente en el trabajopreviamente identificado. Los investigadores explican sus hallazgos esta semana en la revista Física de fluidos , de AIP Publishing.
Además de identificar un mecanismo de formación de hielo diferente, el equipo desarrolló y probó un nuevo modelo de SLD y proceso de acumulación de hielo, conocido como un "modelo de calentamiento intermitente". Agrega un paso nuevo e importante que carece de esfuerzos previos: el calor generadode la termodinámica de impacto.
Dirigido por el profesor Hong Liu, Ph.D., el equipo trabajó en un túnel de viento de circuito cerrado, utilizando un generador de gotitas superenfriado de diseño propio que puede controlar con precisión el tamaño de las gotitas de 20-1500 micrómetros, una placa plana de aluminio,y un sistema de visualización de alta velocidad para estudiar la relación en el impacto del tamaño de las gotas de agua en la termodinámica de la acumulación de hielo.
"El efecto termodinámico durante el proceso de impacto de gota grande sobreenfriado no ha recibido suficiente atención. Nos propusimos llenar ciertos vacíos de conocimiento", explicó Liu. "El significado más crítico de nuestro modelo es que refleja la cantidad de transferencia de calor generada a partir dela termodinámica del impacto. Hoy en día, comprender el mecanismo de formación de hielo SLD se ha convertido en un objetivo importante para los investigadores preocupados por la seguridad de los viajes aéreos, por lo que ese es nuestro objetivo en la construcción y prueba del modelo más robusto hasta la fecha ".
Las condiciones de prueba del túnel de viento de hielo de Shanghai reprodujeron las condiciones meteorológicas que se pueden encontrar en el vuelo, así como velocidades y temperaturas de gotas variables realistas. Al reproducir el fenómeno de impacto en el laboratorio, observaron características de congelación rápida en gotas que habíandiámetros de 400, 800 y 1300 micrómetros.
Los resultados de su análisis experimental proporcionan herramientas analíticas para determinar la velocidad máxima de dispersión y la velocidad de contracción de la gota, la velocidad de difusión superenfriada y el tiempo de congelación.
Combinado, este conocimiento se puede utilizar para caracterizar más de cerca las condiciones meteorológicas para ayudar a los pilotos a manejar de manera segura los vuelos que se encuentran con lluvia helada y condiciones de formación de SLD.
"Nuestros resultados indican que el tamaño de la gota es un factor crítico que influye en el intercambio de calor súper enfriado y la duración efectiva de la transferencia de calor entre la interfaz película / sustrato. Nuestros resultados experimentales detallados respaldan la razón de seguridad detrás de la regla que la FAA adoptó recientemente", dijo Liu.
A continuación, el equipo continuará validando y refinando su modelo de calentamiento intermitente a través de simulaciones de formación de hielo SLD. También se deben desarrollar modelos de grano fino de la tasa de contracción, así como determinar el mecanismo físico de este fenómeno.
La esperanza del equipo es que su modelo ayude a mejorar la seguridad del transporte aéreo, especialmente en condiciones de hielo.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto Americano de Física . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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