【摘要】：海冰是北極氣候和生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)的重要成員之一,在北極的浮冰帶,海洋與大氣之間的熱量交換受到海冰的強烈影響,同時海冰與其下海水之間的熱力和動力相互作用不僅會影響到海洋環(huán)流以及溫、鹽的分布,也會對海冰的增長、消融、運動等產(chǎn)生顯著的影響。由于海冰的存在,在大氣-海洋間形成了“隔熱層”,使海洋與大氣之間原有的感熱和潛熱交換發(fā)生了變化,這種變化反過來又會對海冰自身的生消變化造成影響。因此,本文應用大型CFD流體仿真軟件FLUENT,研究北極海冰在不同的天氣條件下,與周圍大氣和海洋的熱量交換以及海冰的融化情況。本文的主要研究內(nèi)容包括： (1)建立海冰、大氣和海水三者的幾何模型,并在ANSYS Workbench中將三者耦合起來,在海冰-大氣和海冰-海水的交界面處分別形成兩對耦合面(couple),在進行Fluent求解前,設置流動的大氣和海水的速度入口邊界條件和壓力出口邊界條件,對耦合面上(wall)無需設置任何參數(shù),由Fluent迭代求解出兩對耦合面上的對流換熱量以及海冰內(nèi)部溫度的分布情況,同時與流體力學中的經(jīng)驗公式以及其他研究方法(一維海冰模式)的計算結果進行對比,分析誤差,驗證仿真計算的可靠性和有效性。結果表明,Fluent仿真計算值與一維海冰模式中冰-氣間感熱的計算公式所得到的值之間的誤差,隨著風速的增加呈現(xiàn)上升的趨勢。說明采用Fluent計算模擬較小風速下海冰與大氣之間的感熱交換具有較高的可靠性。 (2)建立海冰模型,定義海冰與大氣接觸的上表面和與海水接觸的下表面,通過分別設置上、下表面與大氣、海水之間的對流傳熱系數(shù)和流動大氣、海水的溫度,研究在穩(wěn)態(tài)定常情況下,改變風速時,海冰與周圍環(huán)境的熱量交換以及海冰內(nèi)部溫度分布情況的變化。同時,研究在不同的大氣條件下(氣溫不同),海冰的融化情況。結果表明：當氣溫高于海冰的融化溫度時,風速越大,海冰的融化區(qū)域也越大。同時,風速對海冰上表面融化的影響要大于其對底面融化和側面融化的影響；當氣溫低于海冰的融化溫度時,風速越大,海冰整體的融化區(qū)域越小,同時隨風速的增大,海冰上表面的溫度有明顯下降的趨勢。
【學位授予單位】：武漢理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2013
【分類號】：P731.15

【參考文獻】

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本文編號：2680544