Geler! Nouveau modèle pour protéger les navires de l’accrétion de glace

Geler!  Nouveau modèle pour protéger les navires de l'accrétion de glace Énergies (2021). DOI: 10.3390 / en14041020

Des chercheurs de Skoltech (Russie) et leurs collègues de SINTEF (Norvège) ont développé un modèle mathématique de la congélation de gouttelettes d’eau se déplaçant dans l’air froid. Ce modèle fait partie d’un projet de recherche conjoint russo-norvégien soutenu par le RFBR. Le projet est axé sur la prévision de l’accrétion de glace sur les navires et autres structures extracôtières exploitées dans le climat arctique, ce qui peut interférer avec leur bon fonctionnement et mettre en danger les membres d’équipage et la cargaison. L’article a été publié dans la revue Énergies.

Les navires voyagent dans les eaux froides du nord sous les bombardements constants de minuscules gouttelettes d’eau qui peuplent l’air froid. Les gouttelettes sont expulsées dans l’air à l’impact des vagues de la mer sur la coque du navire ou d’autres surfaces. Lorsqu’elles atteignent la sous-structure du navire, ces gouttelettes semi-gelées peuvent rebondir ou coller. La probabilité que les gouttelettes adhèrent au mur dépend de leur état de congélation, c’est-à-dire que les gouttelettes complètement gelées rebondissent simplement, tandis que d’autres conduisent à des scénarios différents. Si trop d’entre eux collent, la structure accumule de la glace, ce qui peut menacer sa stabilité et provoquer une érosion de surface. Il existe des modèles décrivant ce processus pour les aéronefs et les lignes électriques, mais jusqu’à présent, il n’y a pas d’outils de simulation qui décrivent avec précision l’accrétion de glace en mer et ne nécessitent pas beaucoup de ressources de calcul.

« Le processus d’accrétion de glace se compose de quelques étapes importantes. Premièrement, les gouttelettes sont générées par l’impact des vagues de mer à différentes tailles et vitesses. Ensuite, elles volent vers le navire sous la forme d’un nuage d’embruns, tandis que la distribution de la taille, l’emplacement et la vitesse des gouttelettes dans le nuage sont inconnus. Enfin, lors de l’impact avec une surface, les gouttelettes contribuent à l’accrétion de glace avec une certaine efficacité. Certaines gouttelettes ne s’ajoutent pas à la couche de glace, tandis que d’autres en font partie. les processus sont peu étudiés et contiennent de nombreux paramètres inconnus, ce qui rend les simulations numériques difficiles. Chez Skoltech, nous développons quelques montages expérimentaux spéciaux pour obtenir les paramètres inconnus en laboratoire et en mer. Nos résultats expérimentaux deviennent une partie d’un modèle complexe de glace Nous contribuons également avec des modèles de certains sous-processus du givrage », explique le chercheur principal Svyatoslav Chugunov, co-auteur de l’article.

Iskander Akhatov, professeur et directeur du Centre Skoltech pour la conception, la fabrication et les matériaux, le professeur Dmitry Eskin, le diplômé MSc Doston Shayunusov et Svyatoslav Chugunov ont construit un tel modèle de refroidissement d’une gouttelette, sa solidification partielle et son interaction ultérieure avec le surface de mur solide.

Le modèle se compose de deux parties: la première partie simule la congélation partielle des gouttelettes après avoir quitté le liquide de noyau, et la deuxième partie simule l’interaction entre la gouttelette et la paroi solide. Les auteurs de l’article notent que le nouveau modèle est simple et ne convient qu’à une analyse approximative, mais ils ont l’intention de l’intégrer dans un outil de simulation 3D plus complexe.

« Ce travail est actuellement au stade actif. Nous assemblons une configuration expérimentale pour mesurer la distribution de l’emplacement et de la taille des gouttelettes dans le nuage d’embruns marins d’un navire. Nous ferions des efforts supplémentaires pour mesurer la vitesse des gouttelettes tout en exécutant les principales expériences. . Ces études font partie de notre plan de travail pour 2021 », déclare le Dr Chugunov.

Une fois le projet terminé, les scientifiques s’attendent à obtenir un code numérique open source pour des simulations réalistes de l’impact des vagues sur un navire, afin de simuler la propagation de gouttelettes d’eau de mer dans l’air froid et leur dépôt sur les surfaces des navires.

<< Cet outil numérique pourrait être appliqué à différents types de structures marines existantes et futures pour prédire l'accrétion de glace dans diverses conditions climatiques. Pour les structures existantes, le plan d'atténuation des risques d'accroissement de glace pourrait être amélioré. Pour les développements futurs, la forme et l'emplacement des composants du navire peut être modifié pour réduire les effets de la formation de glace sur le fonctionnement du navire », note Chugunov.


L’étude en laboratoire de la dynamique des gouttelettes fait progresser l’impression 3D


Plus d’information:
Doston Shayunusov et coll. Modélisation du gel des gouttelettes d’eau et de la collision avec une surface solide, Énergies (2021). DOI: 10.3390 / en14041020

Fourni par Skolkovo Institute of Science and Technology

Citation: Geler! Nouveau modèle pour protéger les navires de l’accrétion de glace (2021, 26 avril) récupéré le 26 avril 2021 sur https://techxplore.com/news/2021-04-ships-ice-accretion.html

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