基于相场法的极地船舶结冰再辉过程模拟

极地船舶结冰是空气或海水中的过冷液滴落到船上后形成的。过冷液滴中的结晶核形成后,晶核进一步凝固放热使液滴温度重新回到凝固点并形成冰水混合物的过程被称为再辉,这是冻结阶段的开始。使用相场法,对不同过冷度下结冰再辉过程进行模拟,研究再辉后的结冰形貌和冰相比例。结果表明,过冷度对再辉结果有一定影响,再辉过程中的枝晶生长速度先快后慢,再辉结束后的冰相比例随过冷度增大而增大,过冷度从30K增至45K时,冰相比例从11.92%增至29.17%。

船舶飞沫结冰研究综述

结冰会严重影响海上交通的安全性和经济效益。随着人类在北极等寒冷海域的航行日益频繁,针对船舶上层结构结冰问题开展研究的重要性愈发凸显。船舶结冰主要分为飞沫结冰和大气结冰,其中,飞沫结冰是造成船舶上层结构结冰的最主要原因。通过检索、梳理和分析研究国外文献资料,介绍飞沫结冰的形成过程、形成条件和船上结冰范围;分类分析船舶飞沫结冰的数值模型,为未来船舶飞沫结冰研究体系建立和相关工作开展提供参考。

舰船结冰预报方法研究

目的为在可能导致舰船结冰的海区航行的舰船提供结冰预报模型,保证船舶的航行安全。方法基于结冰表面热平衡理论,给出舰船结冰预报模型和预报工具。结果给出中等舰船结冰危险等级,结冰强度小于1.5 t/h为弱结冰风险等级,1.5-4.0 t/h时为中等结冰风险等级,大于4.0 t/h为强结冰风险等级。结论提出的结冰预报方法和工具简便易行,对于保障舰船在高纬海区的安全航行具有重大意义。

不同过冷度和接触角下静置水滴冻结过程模拟

为了减少船舶因甲板和上层建筑结冰发生事故的频率和危害,对结冰的物理认识和预测能力是非常重要的。通过对结冰过程中结冰阶段的研究,分析不同参数对结冰过程的影响,为船舶结冰预测研究提供理论依据。本文计算了水滴再辉阶段后的冰相比例,讨论了不同阶段的水滴轮廓,并利用FLUENT模拟了水滴在不同过冷度和接触角下的冻结时间。结果表明:过冷度和接触角均对水滴的冻结时间有较大影响;过冷度的减小与冻结时间的增长近似呈指数函数的关系,接触角的增大与冻结时间的增长也趋近于指数函数关系。

Experimental Study on the Resistance of a Transport Ship Navigating in Level Ice

This study investigates the resistance of a transport ship navigating in level ice by conducting a series of model tests in an ice tank at Tianjin University. The laboratory-scale model ship was mounted on a rigid carriage using a one-directional load cell and then towed through an ice sheet at different speeds. We observed the ice-breaking process at different parts of the ship and motion of the ice floes and measured the resistances under different speeds to determine the relationship between the ice-breaking process and ice resistance. The bending failure at the shoulder area was found to cause maximum resistance. Furthermore, we introduced the analytical method of Lindqvist （1989） for estimating ice resistance and then compared these calculated results with those from our model tests. The results indicate that the calculated total resistances are higher than those we determined in the model tests.