白 旭， 杨苏杰

(江苏科技大学，船舶与海洋工程学院，江苏 镇江，212003)

近年来，随着全球气候变暖，北极地区冰川消融，北极航道得到开发.但是，由于北极地区特殊的地理环境，船舶在北极航行时极易受到结冰的影响[1].已有的针对船舶结冰的研究大多集中在宏观层面，即不同气候条件下，海洋结构物各部位产生的结冰以及结冰造成的影响，结冰的原理也主要来自于经验公式和观测结果总结，很少有对其产生原因和微观机理的分析[2-4].通过研究海水结冰的微观机理，用实际环境参数来模拟海水结冰过程，可以得到更加真实的冰晶生长情况，为过冷条件下海水飞沫结冰提供微观理论基础.针对海水的微观结冰过程，现在国内相关研究主要集中在单个晶核的凝固现象，而在实际情况下，外界环境所导致的结冰几乎都是多晶核条件下的结冰.因此，本研究不仅会分析过冷度对海水结冰的影响，同时会涉及多晶核条件下的海水凝固情况.研究水滴凝固的微观机理的重点在于追踪冰晶凝固时固液界面的移动，而通过引入相场法，建立温度、相场等多个微分方程，可以将真实环境条件引入模拟计算，模拟固液扩散界面，从而得到冰晶的生成演化过程[5-6].

相场法最早是在20世纪80年代由Collins等提出[7].1993年，Kobayashi首先建立了关于相场和温度的相场模型，在考虑各向异性的情况下，模拟了金属凝固时的枝晶生长[8].Wheeler等[9]模拟了Ni的凝固过程，并提出了二元合金……