船舶在浮冰区航行时的阻力：一种CFD与DEM相结合的途径
流体动力学
2020-08-07 v1
摘要
尽管气候变化正将北极变为小型浮冰漂浮于海面的可航行海洋，但此类冰况对船舶性能的影响尚待理解。本研究结合一组数值方法来模拟此种冰况下的船—波—冰相互作用。特别地，应用计算流体动力学（Computational Fluid Dynamics, CFD）为浮冰提供流体解，并将其与离散元方法（Discrete Element Method, DEM）耦合以控制冰的运动并考虑船—冰/冰—冰碰撞，由此该途径创新性地将波浪效应纳入相互作用中。此外，本文引入两种算法，可利用自然浮冰场实现计算模型，其考虑了随机性从而对该问题实现高保真建模。经与实验对比验证，该模型在预测船舶浮冰阻力方面表现准确，随后进行了一系列模拟以考察阻力受船速、冰浓度、冰厚及浮冰直径的影响。本文提出了一种有用的方法，可为北极航运提供功率估算，并有望促进其他极地工程应用。
引用
@article{arxiv.1909.10018,
title = {Ship resistance when operating in floating ice floes: a combined CFD&DEM approach},
author = {Luofeng Huang and Jukka Tuhkuri and Bojan Igrec and Minghao Li and Dimitris Stagonas and Alessandro Toffoli and Philip Cardiff and Giles Thomas},
journal= {arXiv preprint arXiv:1909.10018},
year = {2020}
}
备注
26 pages 18 figures, submitted journal paper