極地船海水系統(tǒng)冰晶生長相場模擬及管道內流動特性研究.pdf

1、隨著全球溫度上升，氣候變化日益加劇，北極海冰正在加速融化中，特別是近年來，北冰洋的部分水域在每年夏季會出現(xiàn)不同時長的無冰時期，處于可通航狀態(tài)，并且已經有多艘商船成功的穿越了北極航道，在將來的某個時間―無冰北極航道‖可能將成為現(xiàn)實。在極地環(huán)境中航行時，溫度作用下可能導致冰晶的聚集生長，冰晶在復雜的海水管路中運動過程中也可能導致冰晶的堆積，有可能致使船舶海水冷卻系統(tǒng)的癱瘓，使得船舶冷卻水水溫過高，造成船舶設備不能正常運行，嚴重情況有可能致使

2、動力系統(tǒng)的癱瘓。因此，開展針對極地環(huán)境中海水冰晶生長過程的相場模擬及冰漿在管道內的流動特性研究。
　　針對海水冰晶的生長演化問題，基于金茲堡-道朗理論建立海水冰晶相場模型，為獲得更加真實的冰晶形貌，在相場模型中引入各向異性以及熱擾動項等參數(shù)影響。運用有限差分法對相場模型進行離散處理，并編程實現(xiàn)相場模型的計算過程，用Tecplot軟件對計算結果進行后處理，分析海水冰晶生長的相場模擬結果。研究得到：隨著空間步長的增大，獲得的冰晶的形貌

3、失真情況越來越嚴重，為確保海水結晶的微觀形貌的精確性，在模擬過程中空間步長選擇為?x?0.4?；海水冰晶隨著過冷時間的遷移而長大，外貌形狀為正六邊形形狀，且其尖端生長速度的變化趨勢是先減小然后保持平緩，尖端溫度的變化趨勢則是先增大然后保持平緩；過冷度對冰晶生長影響較大，過冷度越大冰晶的生長速度越快，且冰晶的二次枝晶越發(fā)達；各向異性對冰晶結構也有較大影響，其取值越大冰晶的生長速度越大，且如果各向異性取值過大可能導致冰晶結構發(fā)生畸變；熱擾動

4、的引入使得海水冰晶的二次枝晶的生長變得更為發(fā)達，海水冰晶的生長速度隨擾動的強度發(fā)生波動，且擾動過大容易使得海水冰晶形貌失真。
　　針對冰漿管道內流動特性研究。采用Fluent中的雙流體歐拉模型模擬冰漿兩相流在水平直管及90°彎管的流動特性，分析了冰漿在水平直管及90°彎管中冰晶粒子的分布情況，以及冰漿在90°彎管中壓降以及速度的分布情況。并分析了流速，管徑，冰晶顆粒尺寸以及冰晶濃度等參數(shù)對冰漿兩相流在水平直管及90°彎管內流動壓降