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Icing on a Non-Rotating Cylinder Under Conditions of High Liquid Water Content in the Air: I. Form and Size of Ice Deposits

Published online by Cambridge University Press:  20 January 2017

Jouko Launiainen
Affiliation:
Department of Geophysics, University of Helsinki, Fabianinkatu 24 A, SF-00100 Helsinki 10, Finland
Markku Lyyra
Affiliation:
Institute of Marine Research, Box 33, SF-00931 Helsinki, Finland
Rights & Permissions [Opens in a new window]

Abstract

Ice accretion on a non-rotating cylinder was studied under icing conditions involving a wet-growth (glaze) process. Experiments were performed in an outdoor wind tunnel designed for icing studies. In this paper, the experimental method is introduced and the characteristics of form, size, and time development of deposits are given. In terms of freezing conditions, these characteristics were found to be very complex, in which all the external effects: air temperature, wind conditions, liquid water content in the air, and accretion time, are of the same order of importance. In a wet-growth process there exists above the icing surface a water film, the behaviour and dynamics of which are affected by various variables. The water film seems to play an important role in the wet-growth icing.

Résumé

Résumé

L’accrétion de glace sur un cylindre ne pouvant pas tourner a été étudiée dans des conditions de givrage humide (verglas). Les expériences ont été conduites dans une soufflerie extérieure conçue pour l’étude du givrage. Dans cet article la mèthode expérimentale est décrite ainsi que forme, taille et développement des dépôts. En termes de conditions de givrage ces caractéristiques des dépôts sont très complexes, tous les facteurs: température de l’air, conditions de vent, teneur en eau liquide de l’air et temps d’accrétion ont une importance comparable. Dans un processus de croissance humide il existe, á la surface du givre, un film d’eau dont le comportement et la dynamique sont régis par différentes variables. Le film liquide semble jouer un rôle important dans le givrage humide.

Zusammenfassung

Zusammenfassung

Unter Vereisungsbedingungen, die einen feuchten Wachstums-(Glasur-) Prozess einschlossen, wurde das Anwachsen von Eis an einen nicht rotierenden Zylinder untersucht. Die Versuche wurden in einem Windkanal im Freien, der für Vereisungsstudien gebaut worden war, vorgenommen. In diesem Beitrag wird die Versuchsmethode erklärt; die Charakteristiken für Form, Grösse und zeitliche Entwicklung werden mitgeteilt. Hinsichtlich der Gefrierbedingungen ergaben sich diese Charakteristiken als sehr komplex; site äusseren Einflussgreössen wie Lufttemperatur, Windverhältnisse, Gehalt der Luft an flussigem Wasser, Anwachszeit erwiesen sich als gleich bedeutungsvoll. In einem feuchten Wachstumsprozess besteht über der Vereisungsoberfläche ein Wasserfilm, dessen Verhalten und Dynamik von verschiedenen Variablen beeinflusst werden. Der wasserfilm scheint bei dem feuchten Vereisungsprozess eine wichtige Rolle zu spielen.

Information

Type
Research Article
Copyright
Copyright © International Glaciological Society 1986
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Fig. 1.Wind tunnel used for icing experiments.

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Fig. 2.Time development of deposits under icing conditions with wind speed of 15 m/s, air temperature of –13° C, and liquid water content of 7 g/m3, as seen 45° from the stagnation line on the left. In the pictures, a scale of 2 cm is given.

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Fig. 3.Time development of a deposit grown under icing conditions with wind speed of 15 m/ s, air temperature of −8° C, and liquid water content of 4.8 g/ ms3. Scale of 2 cm is given.

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Fig. 4.Icing dcpoiits grown under conditions of various liquid water contents, and at 15 m/s wind speed and –5° C air temperature. Test duration 15 min. Scale of 2 cm is given.

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Fig. 5.Icing deposits grown under conditions of various liquid water contents, and at 10 m/s wind speed and −5.6° C air temperature. Test duration 15 min. Scale of 2 cm is given.

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Fig. 6.Examples of dependence of cross-section of a deposit on time (a) and on liquid water content (b). (The above is based on thin sections and in detail they may not be strictly representative of a whole deposit.)

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Fig. 7.Dependence of deposit width (a) and deposit height (b) on test duration for various icing conditions.

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Fig. 8.Fig. 8. Time development of deposit mass per unit length of a cylinder of diameter 5 cm, for various icing conditions.

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Fig. 9.Dependence of deposit width (a) and deposit height (b) on the liquid water content in the air for various icing conditions. Test duration 15 min.