北極海冰複合結構內部傳熱和融化機理研究

《北極海冰複合結構內部傳熱和融化機理研究》是依託武漢理工大學，由錢作勤擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：北極海冰複合結構內部傳熱和融化機理研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：錢作勤
• 依託單位：武漢理工大學

項目摘要

近年來北極海凍的大規模融化成為了世界各國關注的焦點，本研究依託並結合本人親自參加的中國第四次北極科學考察所獲得的實測數據,開展北冰極海冰複合結構內部傳熱和融化機理研究。研究內容主要包括：（1）利用實地考察獲取的海冰樣品，採用自主研製的實驗設備,通過現場直接測量的實驗方法,測量海冰縱、橫向的導熱係數，比較其縱、橫向結構上的傳熱和融化差異；（2）結合實地考察獲取的實測數據作為邊界條件，建立動力-熱力耦合海冰模型，利用計算機數值模擬分析，研究海冰複合結構在不同熱環境下的回響；（3）精心設計和構造一個實驗裝置和系統，詳細研究在熱量導入海凍的情況下，用於在海冰本體中傳遞的熱量和用於融化海凍的熱量之間的比例關係，在此基礎上系統總結出海冰複合結構內部傳熱和融化關鍵過程的變化規律，最終深刻揭示北冰極海冰複合結構內部傳熱和融化機理，為我國大規模研究北極海冰快速融化機理奠定重要基礎。

結題摘要

本項目以北極海冰為對象開展研究，核心內容是研究北極海凍的傳熱和融化機理的科學問題，圍繞這個核心內容具體開展以下研究工作：1、通過完善自主研製的實驗裝置，研究現場測量海冰縱向、橫嚮導熱係數的方法。2、研究各種海冰微結構對導熱係數的影響。3、建立符合實際的動力-熱力耦合海冰模型，準確模擬海冰傳熱和融化的全過程。4、開展海冰傳熱和融化機理的研究，揭示其變化規律並套用於對氣候變化的影響。在上述研究工作基礎上，取得了相應的研究成果，並具有一定的科學意義，主要包括：1、對北極海冰三維溫度場進行數值仿真和融化模擬，初步揭示了北極海冰在空氣—海冰—海水耦合系統中的傳熱機理，了解了海冰在不同外界條件下熱傳導的規律。2、研究了北極海冰內部複合結構的傳熱機理，為揭示海冰變化過程中的熱量傳遞、能量分配的機理提供依據，為解釋近年來北極海凍的快速融化現象的研究提供可靠的參考。3、研究了傳統材料的流固耦合換熱特性，驗證了數值模擬方法的可靠性，為進一步深入研究北極海冰與大氣和海水的流固耦合傳熱奠定基礎和指導思想。4、評價了北極航道通航的戰略性意義，為船舶在北極地區航線的選擇提供了指導意義。5、搭建了深冷實驗室以及試製了海冰導熱係數測量儀，為實驗室內海冰物性參數的測定奠定了基礎。6、參與了極地科學考察，實地採集海冰樣本，收集第一手氣候水文資料，有利於更準確地構建數值模擬仿真所需要的物性參數和邊界條件。以此項目的研究成果為基礎，2016年本人又成功地申請到國家自然科學基金項目“北極海冰耦合傳熱及其對冰體結構強度影響的機理研究”，該項目是前一項目的延伸和拓展，這兩個項目既有區別又有緊密的相關和聯繫。