冰水池结冰过程的数值模拟分析

丁仕风，蔡金延，周利*，周亚军

1 江苏科技大学 船舶与海洋工程学院，江苏 镇江 212100

2 中国船级社 上海规范研究所，上海 200135

0 引 言

海冰会影响船舶安全[1]与航行性能[2]，是极地海洋装备研发、极地航运时需要重点关注的因素。海冰的特性参数包括强度、厚度、种类等。现有的海冰厚度预测公式[3]与温度、时间、海水盐度等参数相关，该公式人为经验成分高、不确定因素多，准确性难以保证。为了模拟自然海水结冰，许多学者在冰水池实验室采取一系列等效、相似的技术手段，在结冰液体、造冰方式、温度控制等方面进行了多年的摸索和积累[1,4]，形成了各自的核心技术。开展结冰数值模拟分析，探索影响液体结冰的因素，可以为冰池实验室的冷气布置和应用提供合理指导。

早在1955 年，俄罗斯极地研究所（AARI）就建造了世界上第1 个冰水池模型。20 世纪70 年代至80 年代，世界范围内掀起冰水池建造热潮，建造完成的冰水池达15 座[4]。近年来，随着北极航线的重要性日益凸显，各国加紧冰水池实验室建设以提升极地基础科学研究能力。天津大学在1987 年建成冰工程实验室并投入使用，近年来也完成了冰水池实验室的升级换代。

选择合理的冷气方案是冰水池建设的关键。参考目前对结冰问题的数值研究方法[5-6]，本文拟通过分析影响冰水池实验制冰的技术参数，基于ANSYS-FLUENT 软件，构建气−水两相流数值模型，设定相应的热力学边界条件，模拟在冷气持续作用下冰水池的结冰过程，以及在该过程中整个计算域温度场的变化趋势。……