风速对寒区船舶杆件结构霜冰结冰的影响分析

发布时间：2021-09-28 16:23

　　针对寒区船舶杆件结构的结冰问题,采用Fluent和Fensap-ice相结合的方法对杆件结构结冰开展数值模拟。选取风速作为敏感参数,分析了风速变化对结冰厚度和结冰量的影响,得出如下结论:随着风速从1 m/s增加到7 m/s,杆件表面冰厚最大值的位置逐渐向左移动,因为水滴速度随来流速度的增加而增加,在位移相同时水滴更快到达结构表面,水滴运动轨迹偏转更小,更多的水滴撞击到0°位置处,冰厚最大值也随之向0°方向移动;风速为7 m/s时杆件表面的冰厚并未远大于1 m/s时的冰厚,因为风速为1 m/s时圆柱表面所结霜冰的密度仅为7 m/s时的22.8%,当质量一定时,冰的密度越小体积就会越大,因此虽然1 m/s时结冰量仅为7 m/s的18.1%,但冰厚并未远小于7 m/s时的冰厚;在风速为1～7 m/s区间内,随着风速的增加,杆件表面的结冰量近似的呈线性方式增加。 

【文章来源】：舰船科学技术. 2020,42(09)北大核心

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【部分图文】：

寒区船舶结冰现象[4]Fig.1Shipicingincoldregions

?[13]。由于水滴几乎立刻凝结，霜冰的每个冰晶颗粒之间存在着一定量的空气并维持半球状，使其具有粗糙的外形和不透明的性质，而且密度和强度都比明冰较低[14]。2方法验证由于寒区船舶结构结冰的特殊性，通常对其的研究都是通过现场试验进行的，而受到我国地理位置的影响，现场试验是非常耗时且成本极高的[15]。因此，图1寒区船舶结冰现象[4]Fig.1Shipicingincoldregions图2明冰、霜冰与风速和温度的关系[11]Fig.2Relationshipbetweenglazeandrimeandwindspeedandtemperature[11]图3霜冰的形成过程简图Fig.3Theformationofrime第42卷沈杰，等：风速对寒区船舶杆件结构霜冰结冰的影响分析·57·

度入口边界条件，outlet为压力出口边界条件，上下边界为壁面边界条件。结冰数值模拟条件由1.1节中的结冰气象条件确定（详细计算参数见表2），由图2可知本文的结冰类型应为霜冰，此外由于不同风速下所结霜冰的密度不同，本文参考Macklin[17]根据冰风洞试验得到的霜冰密度经验公式（见公式9）确定霜冰密度。表1计算条件Tab.1Calculationconditions圆柱直径/mm大气温度/℃风速/m·s–1平均水滴直径/μm液态水浓度/g·m–3结冰时间/s25.4–1560200.5200图4结冰计算流程Fig.4Icingcalculationprocess图5x轴坐标定义Fig.5X-axiscoordinatedefinition图6计算结果与文献结果对比Fig.6Comparisonofcalculationresultswithliteratureresults·58·舰船科学技术第42卷

【参考文献】：
期刊论文
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硕士论文
[1]极地航区船舶积冰预报模型研究[D]. 汪仕靖.大连理工大学 2018



本文编号：3412257