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极地环境下船舶表面结冰及热力除冰实验研究
| 论文题名： | 极地环境下船舶表面结冰及热力除冰实验研究 |
| 关键词： | 极地船舶;结冰黏附强度;结冰厚度;电加热除冰;航行安全 |
| 摘要： | 对于在极地航行的船舶来说，船舶表面由于环境恶劣而引发的结冰现象导致船舶整体质量增加、船舶整体重心偏移、各设备系统失灵等现象是影响船舶安全的重要问题，结冰黏附强度是冰附着在材料表面的粘性表征。结冰质量与结冰厚度的增长可以预测船体表面在短时间内的冰层累积程度。电加热除冰方法作为目前世界公认的有效的除冰方法，所以研究船舶表面结冰规律及除冰效果的研究有着重要的指导和工程实践意义，对提高电加热除冰性能具有重要意义。 本文首先通过搭建可视化极地船舶防冻除冰实验台，实验台可观察冰层生长及消融过程，同时可以进行覆冰及除冰实验。其次采用实验的手段，研究雾化风洞结冰黏附强度在外界因素影响下的变化规律，利用自制结冰黏附强度测试仪，开展不同环境温度、不同冻结时间、不同结冰接触面积下结冰黏附强度测试实验。其次，研究在短时间内结冰质量与厚度在不同影响因素下变化情况，开展试验件倾斜程度、环境温度、环境风速对结冰质量与厚度的实验，通过压力传感器测量结冰质量，用图像来判断试件覆冰厚度。最后，研究电加热除冰在自身系统以及环境影响下的除冰效果，对试件进行环境温度、环境风速、加热负载电压三种影响因素对除冰效果的实验研究，来对实际结冰规律及除冰效果做出可行性分析。 结果表明:切向动态结冰黏附强度在环境温度降低过程中，存在临界区，动态结冰黏附强度会随着冻结时间的增加而逐渐增大，随着结冰接触面积的增加而呈正比关系逐渐减小。结冰总质量会随着试件与水平角度的增大而逐渐减小，结冰总厚度会随着试件与水平角度的增大而逐渐增大，结冰总质量与总厚度会随着环境温度的降低而逐渐增加随着风速的增加而逐渐增大。除冰效果与环境温度的变化情况呈同向性，在环境不变时减小加热电压时，加热功率也随之减小但仍能达到除冰效果同时可以节约能源，除冰效果与风速呈线性反比关系。极地环境下船舶表面结冰规律及热力除冰规律的研究对极地航行船舶避免发生结冰有着重要的指导和工程实践意义。 |
| 作者： | 黄昱翔 |
| 专业： | 工程硕士 |
| 导师： | 李彦军;王建志 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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