極地船海水系統(tǒng)冰晶生長(zhǎng)相場(chǎng)模擬及管道內(nèi)流動(dòng)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(lái)，北冰洋的部分水域在每年夏季會(huì)出現(xiàn)不同時(shí)長(zhǎng)的無(wú)冰時(shí)期，處于可通航狀態(tài)，并且已經(jīng)有多艘商船成功的穿越了北極航道，在將來(lái)的某個(gè)時(shí)間―無(wú)冰北極航道‖可能將成為現(xiàn)實(shí)。在極地環(huán)境中航行時(shí)，溫度作用下可能導(dǎo)致冰晶的聚集生長(zhǎng)，冰晶在復(fù)雜的海水管路中運(yùn)動(dòng)過(guò)程中也可能導(dǎo)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(guò)高，造成船舶設(shè)備不能正常運(yùn)行，嚴(yán)重情況有可能致使

2、動(dòng)力系統(tǒng)的癱瘓。因此，開(kāi)展針對(duì)極地環(huán)境中海水冰晶生長(zhǎng)過(guò)程的相場(chǎng)模擬及冰漿在管道內(nèi)的流動(dòng)特性研究。
　　針對(duì)海水冰晶的生長(zhǎng)演化問(wèn)題，基于金茲堡-道朗理論建立海水冰晶相場(chǎng)模型，為獲得更加真實(shí)的冰晶形貌，在相場(chǎng)模型中引入各向異性以及熱擾動(dòng)項(xiàng)等參數(shù)影響。運(yùn)用有限差分法對(duì)相場(chǎng)模型進(jìn)行離散處理，并編程實(shí)現(xiàn)相場(chǎng)模型的計(jì)算過(guò)程，用Tecplot軟件對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行后處理，分析海水冰晶生長(zhǎng)的相場(chǎng)模擬結(jié)果。研究得到：隨著空間步長(zhǎng)的增大，獲得的冰晶的形貌

3、失真情況越來(lái)越嚴(yán)重，為確保海水結(jié)晶的微觀形貌的精確性，在模擬過(guò)程中空間步長(zhǎng)選擇為?x?0.4?；海水冰晶隨著過(guò)冷時(shí)間的遷移而長(zhǎng)大，外貌形狀為正六邊形形狀，且其尖端生長(zhǎng)速度的變化趨勢(shì)是先減小然后保持平緩，尖端溫度的變化趨勢(shì)則是先增大然后保持平緩；過(guò)冷度對(duì)冰晶生長(zhǎng)影響較大，過(guò)冷度越大冰晶的生長(zhǎng)速度越快，且冰晶的二次枝晶越發(fā)達(dá)；各向異性對(duì)冰晶結(jié)構(gòu)也有較大影響，其取值越大冰晶的生長(zhǎng)速度越大，且如果各向異性取值過(guò)大可能導(dǎo)致冰晶結(jié)構(gòu)發(fā)生畸變；熱擾動(dòng)

4、的引入使得海水冰晶的二次枝晶的生長(zhǎng)變得更為發(fā)達(dá)，海水冰晶的生長(zhǎng)速度隨擾動(dòng)的強(qiáng)度發(fā)生波動(dòng)，且擾動(dòng)過(guò)大容易使得海水冰晶形貌失真。
　　針對(duì)冰漿管道內(nèi)流動(dòng)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(dòng)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(duì)冰漿兩相流在水平直管及90°彎管內(nèi)流動(dòng)壓降