【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)在使用的蘇伊士運河-巴拿馬運河的航道節(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構物的海冰適應性問題進行研究。在冰區(qū)海洋工作的船舶與其他海洋結構物所遭遇的外部環(huán)境主要是海冰與風浪流的耦合系統(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)值冰池用于結構物的海冰適應性問題研究,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流場進行耦合計算,建立了數(shù)值冰池。(2)海冰離散元模型的參數(shù)標定。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驗、三點彎曲的數(shù)值實驗方式,測得海冰離散元模型的力學性能數(shù)據(jù)。將這些數(shù)據(jù)與渤海海域測得的真實海冰力學性能數(shù)據(jù)進行對比,分析由離散元軟件構建模型的過程中所用到的的細觀參數(shù)與構建完成后模型整體所體現(xiàn)的宏觀力學特性之間的關系,并在此基礎上構建了具有真實海冰力學特征的離散元海冰模型用于計算。(3)沙漏型浮體的冰區(qū)適應性分析。在構建好真實海冰數(shù)值模型,建立完成數(shù)值冰池后,本文將沙漏型浮體應用其中進行計算。通過對比分析沙漏型海洋結構物與圓筒形海洋平臺的計算結果,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)上以原型觀測和實驗方法為主要研究手段,但這兩種研究方式所花費的成本較高,需要一種有效的數(shù)值計算方法對此進行研究。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)值計算方法,建立了真實海冰模型與數(shù)值冰池并應用該方法對沙漏型浮體的抗冰性能進行了研究,對冰區(qū)海冰環(huán)境的冰載荷問題的研究具有很好的應用價值。
【學位授予單位】：大連理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：U661

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本文編號：2770116