Modelling of ice crystal icing in engines
发动机中冰晶结冰的建模
基本信息
- 批准号:2437107
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- 金额:--
- 依托单位:
- 依托单位国家:英国
- 项目类别:Studentship
- 财政年份:2020
- 资助国家:英国
- 起止时间:2020 至 无数据
- 项目状态:未结题
- 来源:
- 关键词:
项目摘要
[1] The development of mathematical and computational models for the prediction of Turbofan engine deterioration is of great importance in the aerospace industry. Recently, the industry has noted that ice crystal icing (ICI) is likely responsible for numerous observed instances of power loss and engine damage. In this scenario, ice crystals present at high altitudes enter the hot engine core. Despite the high temperatures in the core, the crystals can accrete on the interior surfaces in a partially melted state, and then shed outwards, damaging key components and causing a power loss. Existing knowledge on the mechanism of ice crystal build-up and shedding is extremely limited; recent experimental work has been done to better understand the initial ice crystal impact, but accurate mathematical and computational models have not yet been developed. In particular, these latter reports have highlighted the pressing need to develop better understanding of the fundamental physics of ICI. The focus of this PhD project will be to develop mathematical models for the analysis of ice-crystal formation in the hot engine core. [2] In particular, our aim is to formulate low-dimensional discrete or continuum models that contain the essential physics of the process. The models will need to describe the processes of initial impact, attachment and accretion; and separation. These models will be studied in order to derive scaling laws for key quantities such as the accretion rates, melting rates, and separation thresholds. We will also develop theoretical (asymptotic) and computational methods for their study. Once the fundamental models have been formulated and studied, the PhD will consider significant extensions that may include some of the following: (i) generalisations to incorporate additional physics (e.g. variable flow fields and heat transfer conditions, different ice crystal densities) and complex curved geometries; (ii) verification against recent experimental results and data; (iii) the investigation of inverse problems (e.g. given engine diagnostics, can the flight conditions be determined?.
[1]涡轮风扇发动机性能恶化预测的数学和计算模型的发展在航空航天工业中具有重要意义。最近,工业界注意到冰晶结冰(ICI)可能是许多观察到的功率损失和发动机损坏的原因。在这种情况下,高海拔地区的冰晶进入热的发动机核心。尽管核心温度很高,但晶体可以部分熔化的状态在内部表面上堆积,然后向外脱落,损坏关键部件并导致功率损失。关于冰晶堆积和脱落机制的现有知识极其有限;最近的实验工作已经完成,以更好地了解最初的冰晶影响,但尚未开发出准确的数学和计算模型。特别是,后几份报告强调迫切需要更好地了解ICI的基本物理学。这个博士项目的重点将是开发用于分析热发动机核心中冰晶形成的数学模型。[2]特别是,我们的目标是制定低维离散或连续模型,包含基本的物理过程。这些模型需要描述初始撞击、附着和吸积以及分离的过程。这些模型将进行研究,以获得关键量,如吸积率,熔化率和分离阈值的标度律。我们还将开发理论(渐近)和计算方法进行研究。一旦基本模型已经制定和研究,博士将考虑重大的扩展,可能包括以下一些:(i)概括,以纳入额外的物理(ii)根据最近的实验结果和数据进行验证;(iii)研究反问题(例如,在发动机诊断的情况下,能否确定飞行条件?
项目成果
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