Eulerian–Lagrangian CFD-microphysics modeling of a near-field contrail from a realistic turbofan
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Notice bibliographique
Résumé
Aircraft contrails contribute to climate change through global radiative forcing. As part of the general effort aimed at developing reliable decision-making tools, this paper demonstrates the feasibility of implementing a Lagrangian ice microphysical module in a commercial CFD code to characterize the early development of near-field contrails. While engine jets are highly parameterized in most existing models in a way that neglects the nozzle exit-related aspects, our model accounts for the geometric complexity of modern turbofan exhausts. The modeling strategy is based on three-dimensional URANS simulations of an aircraft nozzle exit involving a bypass and a core jet (Eulerian gas phase). Solid soot and ice particles (dispersed phase) are individually tracked using a Lagrangian approach. The implemented microphysical module accounts for the main process of water-vapor condensation on pre-activated soot particles known as heterogeneous condensation. The predictive capabilities of the proposed model are demonstrated through a comprehensive validation set based on the jet-flow dynamics and turbulence statistics in the case of compressible, turbulent coaxial jets. Simulations of contrail formation from a realistic nozzle-exit geometry of the CFM56-3 engine (short-cowl nozzle delivering a dual stream jet with a bypass rate of 5.3) were also carried out in typical cruise flight conditions ensuring contrail formation. The model provides reliable predictions in terms of the plume dilution and ice-particle properties as compared to available in-flight and numerical data. Such a model can then be used to characterize the impact of nozzle-exit parameters on the optical and microphysical properties of near-field contrails.
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Scores Codex et Gemma par catégorie
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
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score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découle