冰区船舶回转运动计算方法及数值模拟研究的任务书.docx

冰区船舶回转运动计算方法及数值模拟研究的任务书
任务书
一、任务背景
随着北极地区气候变暖和冰盖减退，北极水域的航运条件逐渐改善，这为我国“一带一路”倡议的北极航道开辟提供了机遇。然而，北极航运仍然面临着复杂的气象和海洋环境，其中包括冰区环境的多变性和不确定性。因此，如何保证船舶在冰区水域的航行安全和效率成为一个重要问题。
在冰区水域中，船舶常常需要进行回转运动，例如避开良多或避免碰撞等，这种运动情况下，船舶与冰块之间的相互作用变得十分复杂。因此，研究冰区船舶回转运动对航行安全和效率的影响，具有重要的理论和实际意义。
二、研究内容
1.分析冰区船舶回转运动特点和影响因素，建立回转运动的力学模型和数学模型；
2.基于计算机仿真技术，对不同类型船舶在不同冰区环境下进行回转运动数值模拟，比较回转角度、运动轨迹、船舶受力等参数的变化规律；
3.探究冰块形态、大小、密度、形状对船舶回转运动的影响，分析不同船型、速度、推进方式和冰厚度对回转运动的影响；
4.提出冰区船舶回转运动的安全措施和建议，为船舶在冰区水域安全航行提供科学依据。
三、研究方法
本研究采用理论分析和数值模拟相结合的方法进行。理论分析主要依据流体力学、动力学和摩擦学等理论，建立冰区船舶回转运动的力学模型和数学模型。数值模拟采用计算流体动力学（CFD）软件，对船舶与冰块的相互作用进行模拟，得出船舶在不同冰区环境下的回转运动规律。
四、研究进度
1.研究计划阶段（1个月）：查阅相关文献，分析冰区船舶回转运动的特点和影响因素，建立力学模型和数学模型；
2.数值模拟阶段（2个月）：选择不同类型船舶进行模拟，分析不同冰块形态、大小、密度、形状对船舶回转运动的影响，比较得出不同参数的变化规律；
3.结果分析阶段（1个月）：对模拟结果进行整理、分析和比较，提出安全建议和措施；
4.报告编写阶段（1个月）：根据研究结果，撰写研究报告，对研究方法、结果、结论等进行全面汇总和说明。
五、研究预计成果
1.建立冰区船舶回转运动的力学模型和数学模型，分析影响因素和变化规律；
2.提出不同类型船舶在不同冰区环境下的回转运动安全建议和对策；
3.为冰区船舶回转运动的研究提供一些新的思路和方法。
六、经费和人员分配
本研究经费需要10万元，用于购买数值模拟软件和其他实验设备、材料等相关费用。研究人员需要1名博士后、2名硕士研究生和2名本科生，其中1名博士后和2名硕士研究生主要负责理论分析、计算模拟和结果分析；2名本科生主要负责实验操作和数据处理。
七、研究参考文献
1.Brown,Matthewetal.“IceFrictiononShipHulls:SimpleModelsforPrediction.”ColdRegionsScienceandTechnology,vol.27,no.1,1998,pp.47–64.
2.Gagnon,R.E.,&Lewis,M.J.(2009).Ship-iceinteractionforcesandmomentsinbrokeniceconditions.ColdRegionsScienceandTechnology,57(2),98-108.
3.Korobkin,A.A.,&Maltseva,A.Yu.(2011).Theresistanceforceonatwo-dimensionalbodyofarbitraryshapemovinginaviscousfluidoveraflatbottomcoveredbyalayerofathinviscousicefilm.JournalofFluidMechanics,670,236–256.
4.Korobkin,A.A.,&Khabakhpasheva,T.I.(2018).Thefrictiononashiphullmovinginiceaheadandastern.ProceedingoftheInstitutionofMechanicalEngineers,PartM:JournalofEngineeringfortheMaritimeEnvironment,232(1),56-70.
5.Shi,X.,&Wang,C.(2019).NumericalsimulationofinteractionanddraftingforcesonanArcticshippingvesselencounteringdifferenticeconditions.ColdRegionsScienceandTechnology,157,118-131.