¡Congelar! Un nuevo modelo que protege a los barcos de la formación de hielo

Energias (2021). DOI: 10.3390 / en14041020

Científicos de Skoltech (Rusia) y sus colegas de SINTEF (Noruega) desarrollaron un modelo matemático de gotas de agua helada que se mueven en el aire frío. El modelo es parte de un proyecto de investigación conjunto ruso-noruego apoyado por RFBR. El proyecto se centra en la predicción de la acumulación de hielo en los barcos y otras estructuras costeras que operan en un clima ártico, lo que puede interferir con su correcto funcionamiento y representar un riesgo para los miembros de la tripulación y la carga. El artículo fue publicado en la revista Energias.

Los barcos se mueven en las frías aguas del norte bajo el constante bombardeo de diminutos gotitas de agua llenando el aire fresco. Archivo gotas son lanzados al aire por las olas del mar sobre el casco de un barco u otras superficies. Cuando llegan a la subestructura del barco, estas gotas parcialmente congeladas pueden rebotar o pegarse. La probabilidad de que las gotas se peguen a la pared depende de su estado de congelación, es decir, las gotas completamente congeladas simplemente rebotan, mientras que otras conducen a diferentes escenarios. Si muchos de ellos se pegan, se acumulará hielo en la estructura, lo que puede comprometer su estabilidad y causar erosión de la superficie. Existen modelos para este proceso para aviones y líneas eléctricas, pero hasta el momento no existen herramientas de simulación que describan con precisión la formación de hielo en el mar y no requieran grandes recursos computacionales.

“El proceso de formación del hielo consta de varias etapas importantes. Primero, las gotas se forman por el impacto de las olas del mar de varios tamaños y velocidades. Luego vuelan hacia el barco en forma de espuma de mar. se desconocen el tamaño, la posición y la velocidad de las gotas en la nube. Finalmente, al impactar con una superficie, las gotas contribuyen a la acumulación de hielo con cierta eficiencia. Algunas gotas no se acumulan en la capa de hielo y otras pasan a formar parte de ella. Los procesos están poco estudiados y contienen muchos parámetros desconocidos, lo que hace simulaciones numéricas difícil. En Skoltech, desarrollamos varias configuraciones experimentales especiales para obtener parámetros desconocidos en el laboratorio y en el mar. Nuestra resultados experimentales conviértete en parte del complejo Modelo proceso de formación de hielo. También estamos contribuyendo a los modelos de algunos subprocesos de formación de hielo ”, dice el científico principal Svyatoslav Chugunov, coautor del artículo.

Iskander Achatow, profesor y director del Centro de Diseño, Producción y Materiales Skoltech, mgr inż. Superficie de pared sólida.

El modelo consta de dos partes: la primera parte simula la congelación parcial de la gota después de que sale del líquido del núcleo, y la segunda parte simula la interacción entre la gota y la pared sólida. Los autores del artículo señalan que el nuevo modelo es simple y adecuado solo para un análisis aproximado, pero tienen la intención de incorporarlo en una herramienta de simulación 3D más compleja.

“Este trabajo se encuentra actualmente en una fase activa. Preparamos una configuración experimental para medir la distribución y el tamaño de las gotas en el rocío marino del barco. Haremos esfuerzos adicionales para medir la velocidad de las gotas durante los experimentos principales. Estos estudios están en nuestro plan de trabajo para 2021 ”, dice el Dr. Chugunov.

Una vez finalizado el proyecto, los científicos esperan recibir un código numérico de código abierto para simular de manera realista el impacto de las olas en un barco para simular la propagación de gotas de agua de mar en el aire frío y su deposición en la superficie del barco.

“Esta herramienta numérica podría aplicarse a diferentes tipos de estructuras marinas existentes y futuras para predecir la acumulación de hielo en diferentes condiciones climáticas. Para las estructuras existentes, el plan de mitigación del riesgo de eventos de hielo podría mejorarse. En caso de cambios futuros, la forma y la posición de los componentes del barco pueden cambiar para reducir el impacto de la formación de hielo en el rendimiento del barco ”, señala Chugunov.