基于海冰传热学模型的数值仿真及结构强度研究开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述）

1.1.1研究的背景：

海冰是淡水冰晶、卤水和含有盐分的气泡混合体，包括来自大陆的淡水冰（冰川和河冰）和由海水直接冻结而成的咸水冰，一般多指后者。广义的海冰还包括在海洋中的浮冰、冰山等。它在全球气候系统中扮演着一个必不可少的角色，同时，直接或间接的影响我们的日常生活与生产。

南，北两极是气候系统的重要组成部分，而极地冰冻圈的雪、冰又是影响大气与海洋水循环的关键环节；极地冰冻圈作为地球的最大冷源，与赤道共同作用形成了地球大气环流的主要驱动力。极地海冰和冰盖融水形成的底层水又是驱动全球大洋环流运动的关键因素。极地冰冻圈雪冰状态的变化会对地球大气和海洋环流产生重要影响，从而影响整个地球气候系统。因此，对极地海冰的传热过程进行研究具有重要意义。

2. 研究的基本内容与方案

(1)本项目以极地海冰为对象开展研究，核心内容是研究北极海冰在不同低温条件下的热结构强度的科学问题。研究各种海冰微结构在不同低温下的响应，对海冰的微结构进行取样观测，分析纯冰晶体、卤水泡、固体盐、空气泡和含海藻等微结构对传热的影响，建立海冰微结构的三维模型，深入研究其影响热量传递的机理。

(2)利用计算流体力学软件fluent对大气—海冰—海水耦合结构进行对流换热过程分析，得到不同边界条件下海冰内部的温度场分布情况，以及换热量、换热系数等参数，将所得温度作为热边界条件，计算不同低温环境下海冰的结构强度。利用ansys软件建立目前比较认可的“海冰水泡模型”，即随机将海冰分为不同取样深度的海冰，引入纯冰晶体、卤水泡、固体盐、空气泡和含海藻等微结构变量，相关量借用国际认可的经验值，进行数值仿真，深入研究不同结构影响热量传递的机理，并从理论上对其进行强度分析，找出相应的规律。

(3)在低温实验室对北极海冰在不同低温条件下的热结构强度进行测量研究。

(4)开展海冰传热机理与热结构强度研究，综合分析试验和仿真模拟两方面的数据结果，揭示海冰的传热机理和其在不同低温条件下的热结构强度。

3. 研究计划与安排

2016年2月22日至2015年5月30日共15周

1-3周查阅相关文献资料，完成开题报告。

4-7周练习autocad制图，完成板式换热器和活塞的平面图及活塞实物模型的立体图，并完成外文文献翻译（2万字以上字符）。

4. 参考文献（12篇以上）

[1]丁德文等.工程海冰学概论[m].海洋出版社，1999.

[2]郭志昌，赵进平.北极海冰数值模拟研究评述[j].海洋与湖沼，1998,29（2）：219~227.

[3]李概.海冰热力学系统解的稳定性及其最优化控制[d].大连：大连理工大学，2009.