低密集度浮碎冰数值生成方法研究

合理的浮碎冰初始分布是数值模拟极地船舶碎冰阻力的关键,目前主要通过Voronoi图得到初始的浮碎冰分布,但该方法得到的浮碎冰直径呈正态分布与实际观测结果不一致。本文将Voronoi图方法、概率理论等有机结合,推导出量化浮碎冰直径的公式,之后通过分离轴定理将数值重叠的浮碎冰进行分离,形成给定密集度下浮碎冰的生成方法,使浮碎冰直径满足指数分布规律,为浮碎冰场的数值建模提供合理的输入。在验证方法有效性的同时,开展了相关变量对浮碎冰分布特性的影响研究。数值研究结果表明:浮碎冰直径经过量化后,随机点数对浮碎冰的数值生成结果基本没有影响;当δ=0.1时,浮碎冰的数值生成结果的离散度最小;参数β是影响浮碎冰分布概率密度函数的一个重要参数,β的取值应根据不同海域进行选取。

基于离散元方法的极地浮碎冰区船舶冰阻力

采用离散元方法建立浮/碎冰模型,结合欧拉多相流VOF方法数值模拟船舶与浮/碎冰之间的接触碰撞过程。重点对比分析船、冰作用过程中Hertz-Mindlin模型、Linear Spring模型和Walton Braun模型3种接触力计算模型对船-冰作用形式和冰阻力数值的影响。结果表明,在同一工况下,3种接触碰撞模型对船体周围碎冰运动模式变化的影响一致。对于船体所受冰阻力,通过分析船长方向和船宽方向的冰阻力数值,并将计算结果与采用Du Brovin经验公式计算得到的结果相对比,得出采用Linear Spring接触力计算模型计算得到的阻力幅值发散低,数值相对稳定,计算误差较小,为极地冰区船舶与浮碎冰相互作用的阻力计算提供参考。