Ice Accretions on Structures

Abstract

Three basic areas of ice accretion are discussed: (i) the motion of the (supercooled) droplets in air up to collision with the icing object, (ii) the net growth rates, and (iii) the heat balance of an icing cylinder. The weakness of presently used approaches to establish collision efficiency and possible improvements are outlined. Experimental evidence on the icing of cylinders is then reviewed which establishes that the growth rates by icing are farless than expected because up to 80% and more of the initially accreted water can bounce off or be lost by shedding at air temperatures of –20°C. The reduced growth rates have a considerable effect on the heat balance of the icing object, whose temperature and water-phase mixture are controlled by the temperature and phme of the lost water-substance. These latter properties are completely unknown and require further studies. In conclusion the scientific aspects of icing are far from being understood; empirical findings may have to provide guidance for applications. Accrétions de glace sur des ouvrages . On discute trois situations de base oú peuvent se produire des accrétions de glace: (i) le mouvement de gouttelettes (en surfusion) dans l'air provoquant la collision avec l'objet givrant, (ii) la vitesse nette de croissance de la glace et (iii) le bilan thermique d'un cylindrc givrant. On souligne la faiblesse des méthodes actuellement utilisées pour tenter d'établir l'efficacité des collisions etles possibilités de les améliorer. Des résultats expérimentaux sur le givrage de cylindres sont passés en revue. Ils montrent que la vitesse d e croissance du givre est bien moindre qu'on ne l'attendait parce que jusqu'à 80% et plus de l'eau qui avait frappé le cylindre peut rejaillir ou être perdue par chute à des temperatures de l'air de l'ordre de –20�C. La r'duction de la vitesse de croissance a un effet considérable sur le bilan thermique de l'objet givrant dont la température et la composition en phases sont contrôlées par la temperature et l'état physique (eau ou glace) de la matière perdue. Ces dernières propriétés sont complètement inconnues et demandent de nouvelles études. En conclusion, les aspects scientifiques du givrage sont loin d'étre compris; des constatations empiriques peuvent avoir à servir de guide pour les applications. Zur Vereisung von Objekten. Drei grundlegende Aspekte atmosphärischer Vercisung werden diskutiert: I. Die Bewegung der Wolkentröpfchen bis zum Kollisionspunkt auf dem Vereisungsobjekt, 2. die effektiven Wachstrumsraten, und 3. die Wärmebilanz eines vereisenden Zylinders. Die Schwächen der gegenwärtig gebrauchten Methoden zur Bestimmung der Kollisions-wahrscheinlichkeit werden aufge-deckt und Vorschläge werden vorgebracht zu ihrer Verbesserung. Eine Übersicht über neueste Vereisungs-experimente mit Zylindern zeigt, dass die Eiswachstumsraten viel geringer sind als erwartet da sogar bei –20°C bis zu 80% und mehr des ursprünglich angelagerten Wassers durch Abprallen und Abfliessen verlorengeht. Das reduzierte Wachstum hat einen bedeutenden Einfluss auf clie Wärmebilanz, da die Temperature des Vereisungsobjektes wesentlich durch Temperatur und Phase des verlorenen H 2 O bestimmt wird. Diese Grossen sind jedoch nicht bekannt und verlangen Abklarung in neuen Experimenten. Zusammengefasst muss gesagt werden, class viele wissenschaftlichen Aspekte der atmosphärischen Vercisung nicht gelöst sind, und class der Praktiker sich immer noch auf empirische Zusammenhänge verlassen muss.