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物理学 > 流体动力学

arXiv:2505.19348 (physics)
[提交于 2025年5月25日 ]

标题: 发展高保真飞机尾迹云数值模拟框架:传统尾迹云的敏感性分析

标题: Developing a Numerical Framework for the High-Fidelity Simulation of Contrails: Sensitivity Analysis for Conventional Contrails

Authors:Tânia S. C. Ferreira, Juan J. Alonso, Catherine Gorlé
摘要: 由于凝结尾迹的有效辐射强迫(即对地球的增温效应)估计值较大且不确定,最近引起了广泛关注,这一效应与二氧化碳相当。 为了研究当前常规燃料和未来替代燃料条件下的飞机诱导云形成,我们开发了一个数值框架,用于模拟凝结尾迹形成的喷射和早期涡旋相互作用阶段。 我们的方法包括使用可压缩流求解器charLES进行欧拉-拉格朗日两相流的高保真三维大涡模拟(LES)。 我们对单一线性凝结尾迹的早期形成阶段进行了时间模拟,并比较了建模选择和大气、飞机及发动机参数对结果的敏感性。 具体而言,我们讨论了这些选择和参数如何影响冰晶的成核数量以及基于光学深度参数化的净辐射强迫估算。 我们的模拟结果显示,飞机大小是最显著的影响因素,其次是烟尘排放指数和燃油消耗。 在未来的可持续燃料研究中加入大气气溶胶作为前体物质,揭示了文献中之前强调的烟尘排放数量与成核冰晶数量之间的非线性关系。
摘要: Contrails have recently gained widespread attention due to their large and uncertain estimates of effective radiative forcing, i.e., warming effect on the planet, comparable to those of carbon dioxide. To study this aircraft-induced cloud formation in the context of current conventional fuels and future alternative fuels, we have developed a numerical framework for simulating the jet and early vortex interaction phases of contrail formation. Our approach consists of high-fidelity, 3D large-eddy simulations (LES) of an Eulerian-Lagrangian two-phase flow using the compressible flow solver charLES. We perform temporal simulations of the early contrail formation phases for a single linear contrail and compare the sensitivity of the results to modeling choices and atmospheric, aircraft, and engine parameters. Specifically, we discuss how these choices and parameters affect the number of nucleated ice crystals and estimated net radiative forcing (based on an optical depth parameterization). Our simulations show the most significant sensitivity to the aircraft size, followed by the soot number emission index and fuel consumption. Adding atmospheric aerosol as a precursor for future studies of sustainable fuels evidences a non-linear relation previously highlighted in the literature between number of emitted soot and nucleated ice crystals.
主题: 流体动力学 (physics.flu-dyn)
引用方式: arXiv:2505.19348 [physics.flu-dyn]
  (或者 arXiv:2505.19348v1 [physics.flu-dyn] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2505.19348
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI

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来自: Tania Sofia Cacao Ferreira [查看电子邮件]
[v1] 星期日, 2025 年 5 月 25 日 22:30:39 UTC (4,842 KB)
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