Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.41
no.4
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pp.253-260
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2013
Ice accretions on the surface around a rotorcraft air intake can deteriorate the safety of rotorcraft due to the engine performance degradation. The computational simulation based on modern CFD methods can be considered extremely valuable in analyzing icing effects before exact but very expensive icing wind tunnel or in-flight tests are conducted. In this study the range and amount of ice on the surface of anti-icing equipment are investigated for heat-on and heat-off modes. It is demonstrated through the computational prediction and the icing wind tunnel test that the maximum mass and height of ice of heat-on mode are reduced about 80% in comparison with those of heat-off mode.
Ice accretion may occur when the sold surface passes through the clouds containing supercooled water droplets. In the case of aircraft, it can result in serious performance degradation and safety hazard. In this study, numerical analysis code has been developed to predict the rime ice shapes on a 2-D airfoil and the computation results are validated against experimental data of NASA and other computation results of well-known ice prediction code, LEWICE. In addition, the effects of various numerical parameters on the ice shape have been systematically investigated.
In winter season, the snow and ice accretion on the bottom of the high speed railway rolling stock and boogie part has fallen at a high speed from the ballast section (gravel section for the transmission of the rolling stock load received by sleepers and fixing sleepers), causing the gravel to be scattered, thereby damaging the railway rolling stock structures and facilities. In order to solve these problems, the gravel scattering prevention net, manual de-icing, and movable hot air machine were used, but their efficiency was low. For the more efficient de-icing than ever before, an optimum material for de-icing fluid for high speed railway rolling stock was developed by evaluating the ice melting capacity, kinematic viscosity, evaporation of the material used as a chemical de-icing fluid. Four kinds of organic acid salts (sodium formate, sodium acetate, potassium formate and potassium acetate) and two different alcohols (propylene glycol, glycerol) were used as evaluation materials. Potassium formate, potassium acetate, and propylene glycol had similar ice melting capacities in the indoor test, but the propylene glycol showed the best ice melting capacity in spraying the system simulation test. This is because the kinematic viscosity of propylene glycol was 2.989029 St, which is higher than those of other materials therefore, it could stay longer on the ice and de-icing. In addition, potassium formate and potassium acetate were difficult to be used since the crystals precipitated and adversely affected the appearance of the rolling stock. The propylene glycol is the most optimum as an de-icing fluid for the high speed railway rolling stock.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.50
no.7
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pp.445-454
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2022
Ice accretion on the aircraft components, such as wings, fuselage, and empennage, can occur when the aircraft encounters a cloud zone with high humidity and low temperature. The prevention of ice accretion is important because it causes a decrease in the aerodynamic performance and flight stability, thus leading to fatal safety problems. In this study, a shape design optimization of a multi-element airfoil is performed to minimize the amount of ice accretion on the high-lift device including leading-edge slat, main element, and trailing-edge flap. The design optimization framework proposed in this paper consists of four major parts: air flow, droplet impingement and ice accretion simulations and gradient-free optimization algorithm. Reynolds-averaged Navier-Stokes (RANS) simulation is used to predict the aerodynamic performance and flow field around the multi-element airfoil at the angle of attack 8°. Droplet impingement and ice accretion simulations are conducted using the multi-physics computational analysis tool. The objective function is to minimize the total mass of ice accretion and the design variables are the deflection angle, gap, and overhang of the flap and slat. Kriging surrogate model is used to construct the response surface, providing rapid approximations of time-consuming function evaluation, and genetic algorithm is employed to find the optimal solution. As a result of optimization, the total mass of ice accretion on the optimized multielement airfoil is reduced by about 8% compared to the baseline configuration.
The aerodynamic effects of leading-edge accretion can raise important safety concerns since the formulation of ice causes severe degradation in aerodynamic performance as compared with the clean airfoil. The objective of this study is to develop a numerical simulation strategy for predicting the particle trajectory around an MS-0317 airfoil in the test section of the NASA Glenn Icing Research Tunnel and to investigate the impingement characteristics of droplets on the airfoil surface. In particular, predictions of the mean velocity and turbulence diffusion using turbulent flow solver and Continuous Random Walk method were desired throughout this flow domain in order to investigate droplet dispersion. The collection efficiency distributions over the airfoil surface in simulations with different numbers of droplets, various integration time-steps and particle sizes were compared with experimental data. The large droplet impingement data indicated the trends in impingement characteristics with respect to particle size ; the maximum collection efficiency located at the upper surface near the leading edge, and the maximum value and total collection efficiency were increased as the particle size was increased. The extent of the area impinged on by particles also increased with the increment of the particle size, which is similar as compared with experimental data.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.56
no.2
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pp.135-142
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2019
Ice accretions on the ship equipment and areas are the most common issues for vessels operating in cold climate and ice-covered waters and it has effect on the vessel safety and operability of equipment and systems, thus ship machineries and structures exposed to low temperature environments should satisfy the winterization requirements specified in ice class rules. The main objective of this study is to review the state-of-the-art of winterization trend for vessels navigating in ice-covered waters. The hazard of icing and how ice accretions affect operations and safety are investigated firstly, and then winterized notations for each classification are summarized. In addition, winterization methods currently used in vessels operating in ice-covered waters are investigated for a better understanding of effective approach and its application. This information will provide a framework for future winterization issues to mitigate the ice accretion phenomena.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.50
no.3
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pp.147-155
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2022
The accumulated ice and snow during the operation of aircraft and railway vehicles can degrade aerodynamic performance or damage the major components of vehicles. Therefore, it is crucial to predict the temporal growth of ice for operational safety. Numerical simulation of ice is widely used owing to the fact that it is economically cheaper and free from similarity problems compared to experimental methods. However, numerical simulation of ice generally divides the analysis into multi-step and assumes the quasi-steady assumption that considers every time step as steady state. Although this method enables efficient analysis, it has a disadvantage in that it cannot track continuous ice evolution. The purpose of this study is to construct a surrogate model that can predict the temporal evolution of ice shape using reduced-order modeling. Reduced-order modeling technique was validated for various ice shape generated under 100 different icing conditions, and the effect of the number of training data and the icing conditions on the prediction error of model was analyzed.
Aerodynamic characteristics of crescent and D-shape bundled conductors were measured by high frequency force balance technique in the wind tunnel. The drag and lift coefficients of each sub-conductor and the whole bundled conductors were presented under various attack angles of wind. The galloping possibility of bundled conductors is discussed based on the Den Hartog criterion. The influence of icing thickness, initial ice accretion angle and sub-conductor on the aerodynamic properties were investigated. Based on the measured aerodynamic force coefficients, a computationally efficient finite element method is also implemented to analyze galloping of iced bundled conductors. The analysis results show that each sub-conductor of the bundled conductor has its own galloping feature due to the use of aerodynamic forces measured separately for every single sub-conductors.
Gorski, Piotr;Pospisil, Stanislav;Kuznetsov, Sergej;Tatara, Marcin;Marusic, Ante
Wind and Structures
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v.22
no.2
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pp.253-272
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2016
The paper concerns with the method and results of wind tunnel investigations of the Strouhal number (St) of a stationary iced cable model of cable-supported bridges with respect to different angles of wind attack. The investigations were conducted in the Climatic Wind Tunnel Laboratory of the Czech Academy of Sciences in $Tel{\check{c}}$. The methodology leading to the experimental icing of the inclined cable model was prepared in a climatic section of the laboratory. The shape of the ice on the cable was registered by a photogrammetry method. A section of an iced cable model with a smaller scale was reproduced with a 3D printing procedure for subsequent aerodynamic investigations. The St values were determined within the range of the Reynolds number (Re) between $2.4{\cdot}10^4$ and $16.5{\cdot}10^4$, based on the dominant vortex shedding frequencies measured in the wake of the model. The model was oriented at three principal angles of wind attack for each of selected Re values. The flow regimes were distinguished for each model configuration. In order to recognize the tunnel blockage effect the St of a circular smooth cylinder was also tested. Good agreement with the reported values in the subcritical Re range of a circular cylinder was obtained. The knowledge of the flow regimes of the airflow around an iced cable and the associated St values could constitute a basis to formulate a mathematical description of the vortex-induced force acting on the iced cable of a cable-supported bridge and could allow predicting the cable response due to the vortex excitation phenomenon.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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