The convective heat transfer is the main mechanism to remove the solidification enthalpy during glaze ice accretion. Most of the airfoil icing prediction codes use a heat transfer calculation procedure based on the classical integral evaluation of the boundary layer. These icing codes consider a smooth surface in laminar regime, the fully rough surface in turbulent regime and that laminar-turbulent transition occurs abruptly without a transition region. This work presents the classical integral evaluation of the boundary layer and proposes the use of an intermittency function to represent the laminar-turbulent region. The present model is used to calculate the local heat transfer coefficient for a rough cylinder and the results are compared with experimental data and with numerical simulations of other authors. The discrepancies between the present results and the experimental data are analyzed and it is shown that an adequate calculation of the convective heat transfer requires that both equivalent sand grain roughness height and rough Stanton number shall represent the characteristics of the rough surface and it is desirable that they are determined experimentally to each type of surface.

No abstract

O modelo de avaliação da camada limite dinâmica e térmica foi implementado, no presente trabalho, em um código numérico para o cálculo do coeficiente de transferência de calor convectivo sobre aerofólios de uso aeronáutico com formação de gelo. Foram considerados, no modelo da camada limite turbulenta, os efeitos da rugosidade equivalente do grão de areia k s , e transição entre o regime laminar e turbulento foi avaliada por dois modelos, um abrupto e um suave. Para a transição suave foi utilizada uma função intermitência proposta por (ABU-GHANNAM; SHAW, 1980). O código desenvolvido neste trabalho foi acoplado aos módulos do código ONERA com o objetivo de simular as formas de gelo em aerofólios para diversas condições de escoamento do ar com conteúdo deágua. As formas de gelo obtidas foram comparadas com dados experimentais de Shin e Bond (1994) e com resultados de simulações dos códigos LEWICE, TRAJICE e ONERA (KIND, 2001). Os resultados das simulações do presente trabalho apresentaram boa semelhança com os resultados dos outros códigos. A simulação da previsão de formas de gelo do tipo Glaze, do presente trabalho e dos outros códigos, resultou em formas de gelo de espessura e volume menores que as formas experimentais. Foi verificado que uma previsão adequada do coeficiente de transferência de calor convectivo afeta a simulação das formas deste tipo de gelo. Um caso de Kind (2001) foi utilizado para avaliar os efeitos dos parâmetros da camada limite dinâmica e térmica na formação de gelo em aerofólios. Verificou-se que a posição do início da transição do regime laminar para o turbulento, o comprimento da transição e o valor da rugosidade afetam a forma, a espessura e o volume do gelo, e que estes parâmetros podem ser utilizados para ajustes dos modelos de camada limite para melhores previsões de formas de gelo do tipo Glaze.