The effect of salinity on Messinger's freezing fraction model

This study analyzes the influence of salinity on the prediction of seawater spray icing. An in-depth review of the thermodynamic properties affected by seawater spray icing reveals significant variations in latent heat of fusion and freezing temperature. Building on the Makkonen model, which already incorporates the effects of salinity, this thesis proposes adopting these changes and integrating them into the traditional Messinger model, which is used for ice accretion on fresh water only. Through comparative analysis between the modified Makkonen model and the Messinger model, this study illustrates the substantial impact of salinity-dependent parameters on freezing fraction estimation. Subsequently, a comprehensive sensitivity analysis explores how other parameters, such as velocity, convective heat transfer coefficient, liquid water content, and ambient temperature, influence the Messinger equation in both salinity and fresh water scenarios. This study shows that the freezing fraction decreases with increased salinity due to the decrease in freezing temperature. Additionally, this thesis also shows that the latent heat of fusion is affected by seawater salinity. Moreover, accretion ratio values and freezing temperatures change with respect to air temperature, velocity, liquid water content, and convective heat transfer coefficient, always maintaining a smaller value for salinity compared to freshwater. Furthermore, the accretion ratio is shown to be highly sensitive to changes in air temperature, more so than to the other variables, and this sensitivity is greater for the salinity case.

Questo studio analizza l'influenza della salinità sulla previsione della formazione di ghiaccio spray nell'acqua di mare. Un esame approfondito delle proprietà termodinamiche influenzate dalla formazione di ghiaccio spray di acqua di mare rivela variazioni significative nel calore latente di fusione e nella temperatura di congelamento. Basandosi sul modello Makkonen, che già incorpora gli effetti della salinità, questa tesi propone di adottare questi cambiamenti e di integrarli nel tradizionale modello Messinger, che viene utilizzato per l’accumulo di ghiaccio solo sull’acqua dolce. Attraverso l'analisi comparativa tra il modello Makkonen modificato e il modello Messinger, questo studio illustra l'impatto sostanziale dei parametri dipendenti dalla salinità sulla stima della frazione di congelamento. Successivamente, un’analisi di sensibilità completa esplora come altri parametri, come la velocità, il coefficiente di trasferimento di calore convettivo, il contenuto di acqua liquida e la temperatura ambiente, influenzano l’equazione di Messinger sia negli scenari di salinità che di acqua dolce. Questo studio mostra che la frazione di congelamento diminuisce con l'aumentare della salinità a causa della diminuzione della temperatura di congelamento. Inoltre, questa tesi mostra anche che il calore latente di fusione è influenzato dalla salinità dell’acqua di mare. Inoltre, i valori del rapporto di accrescimento e delle temperature di congelamento cambiano rispetto alla temperatura dell’aria, alla velocità, al contenuto di acqua liquida e al coefficiente di scambio termico convettivo, mantenendo sempre un valore inferiore per la salinità rispetto all’acqua dolce. Inoltre, il rapporto di accrescimento si è dimostrato altamente sensibile ai cambiamenti della temperatura dell’aria, più che alle altre variabili, e questa sensibilità è maggiore per il caso della salinità.