Studio sperimentale dell'impatto di gocce d'acqua con un profilo alare

For a better tuning of numerical models for the ice formation on aircraft wing surfaces, an experimental investigation of this phenomenon is required. This thesis work is intended as the first step for a future, more detailed, experimental study of the droplets deformation approaching the leading edge of an airfoil. In particular, the droplets trajectories past the airfoil are analyzed with both a numerical and experimental approach, with the following comparison between the results obtained with the two methods. Then the proof feasibility, instruments and technique are valued. The experimental campaign has been conducted on a NACA 0015 airfoil by means of PIV technique, which provides the velocity vector field in a whole measurement window. Then a Matlab program, which implements Hess-smith panel method, is developed in order to reconstruct the airfoil trajectories and compare them with the experimental database previously gathered. Moreover, pressure measurements have been carried out as well, together with the first attempts to estimate the dimension of the water droplets through simple image analysis. Eventually, a deep discussion of the possible future developments is presented.

Per perfezionare i modelli numerici d’accrescimento del ghiaccio sulle ali, è necessario lo studio sperimentale di molti aspetti. Il lavoro svolto in questa tesi vuole essere il primo passo per un futuro studio sperimentale, più dettagliato, del fenomeno di deformazione delle gocce che si avvicinano al bordo d’attacco d’un profilo alare. In primo luogo si vogliono ricavare le traiettorie delle gocce attorno al profilo, in secondo luogo si vuole valutare la fattibilità di tali prove, la strumentazione e le tecniche utilizzate. Le prove principali sono state condotte all’interno di una galleria del vento su un profilo aerodinamico NACA 0015 sfruttando la tecnica della Particle Image Velocimetry (PIV), con la quale è possibile ricavare l’intero campo di moto della regione esaminata. I risultati ottenuti sono stati confrontati con un calcolo numerico realizzato con un programma Matlab, appositamente concepito per ricostruire il campo di moto attorno al profilo e le traiettorie percorse dalle gocce d’acqua. Per il calcolo del campo di moto si è sfruttato il metodo a pannelli di Hess-Smith. Sono state eseguite anche misure di pressione all’interno della galleria e un primo tentativo di misurazione delle dimensioni delle particelle d’acqua con una semplice analisi d’immagini. La parte finale si conclude con un’ampia discussione dei possibili sviluppi futuri.