【摘要】：北極海域的海冰覆蓋面積與厚度在近40年來持續(xù)縮減,這種變化趨勢為北極地區(qū)的船舶的通行和該地區(qū)的開發(fā)與利用提供了便利的條件。作為連接太平洋北部與大西洋北部的最短航道,通過北極行駛的航道能夠比現(xiàn)在使用的蘇伊士運(yùn)河-巴拿馬運(yùn)河的航道節(jié)省約40%的航程。此外,北極地區(qū)油氣資源儲存量豐富,儲有全球未勘探石油資源的25%。因此,有必要對該區(qū)域工作的船舶以及其他結(jié)構(gòu)物的海冰適應(yīng)性問題進(jìn)行研究。在冰區(qū)海洋工作的船舶與其他海洋結(jié)構(gòu)物所遭遇的外部環(huán)境主要是海冰與風(fēng)浪流的耦合系統(tǒng)。針對該耦合系統(tǒng),本文通過CFD與DEM耦合的方式,使用FLUENT和EDEM軟件,建立數(shù)值冰池,并將該數(shù)值冰池用于結(jié)構(gòu)物的海冰適應(yīng)性問題研究,主要的工作如下:(1)數(shù)值冰池的建立。首先,本文采用離散元理論,使用python語言編寫了密排六方排列方式下海冰離散元模型的生成程序。其次,本文基于CFD-DEM耦合理論,通過編譯的EDEM-FLUENT耦合接口,將生成的海冰離散元模型與FLUENT流場進(jìn)行耦合計(jì)算,建立了數(shù)值冰池。(2)海冰離散元模型的參數(shù)標(biāo)定。利用海冰離散元生成程序,將生成好的海冰離散元模型通過單軸壓縮實(shí)驗(yàn)、三點(diǎn)彎曲的數(shù)值實(shí)驗(yàn)方式,測得海冰離散元模型的力學(xué)性能數(shù)據(jù)。將這些數(shù)據(jù)與渤海海域測得的真實(shí)海冰力學(xué)性能數(shù)據(jù)進(jìn)行對比,分析由離散元軟件構(gòu)建模型的過程中所用到的的細(xì)觀參數(shù)與構(gòu)建完成后模型整體所體現(xiàn)的宏觀力學(xué)特性之間的關(guān)系,并在此基礎(chǔ)上構(gòu)建了具有真實(shí)海冰力學(xué)特征的離散元海冰模型用于計(jì)算。(3)沙漏型浮體的冰區(qū)適應(yīng)性分析。在構(gòu)建好真實(shí)海冰數(shù)值模型,建立完成數(shù)值冰池后,本文將沙漏型浮體應(yīng)用其中進(jìn)行計(jì)算。通過對比分析沙漏型海洋結(jié)構(gòu)物與圓筒形海洋平臺的計(jì)算結(jié)果,確定了沙漏型浮體在冰區(qū)海洋環(huán)境工作的性能優(yōu)勢。冰載荷是冰區(qū)海洋環(huán)境中重要的控制載荷。傳統(tǒng)上以原型觀測和實(shí)驗(yàn)方法為主要研究手段,但這兩種研究方式所花費(fèi)的成本較高,需要一種有效的數(shù)值計(jì)算方法對此進(jìn)行研究。本文針對冰區(qū)海洋環(huán)境的冰載荷問題提出了一種通過CFD與DEM耦合的數(shù)值計(jì)算方法,建立了真實(shí)海冰模型與數(shù)值冰池并應(yīng)用該方法對沙漏型浮體的抗冰性能進(jìn)行了研究,對冰區(qū)海冰環(huán)境的冰載荷問題的研究具有很好的應(yīng)用價值。
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：U661

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本文編號：2770116