循环水槽系统设计及参数研究--硕士论文.pdf

哈尔滨I：科人学硕十学何论文摘要只要满足相似理论的要求，很多流体力学的研究都可以在拖曳水池或循环水槽中进行。相比之下，循环水槽具有投资少，见效快等优点，因此，在船舶、海洋渔业、运动科学等领域得到了广泛的应用。本论文结合国内外循环水槽的发展趋势，设计一中型循环水槽，主要将其应用于船舶模型的实验研究。设计在满足设计要求的前提下，充分利用了计算机模拟仿真技术，尽量使所设计的循环水槽工作段流场更为理想。论文对整个循环水槽系统的设计作了介绍，并着重研究了循环水槽的一些设计参数对设计结果的影响。完成的主要工作包括：利用FLUENT软件对循环水槽流场进行数值模拟，研究弯管与导流片形式及收缩曲线对流场均匀性的影响：利用数值模拟结果及以往经验，确立一套水平循环水槽的总体规划设计方案；针对确定的设计方案，利用国内外与本循环水槽尺寸相接近的一些水槽给出的实验数据，换算成各局部损失的无因次系数，加以修正后再作为本水槽的各局部损失系数，从而估算出本水槽的能量损失；对配套的动力系统进行了设计，并对螺旋桨的性能进行了计算；参考相应的规范，对循环水槽的槽道壁厚、加强筋及工作段玻璃等部件进行了结构设计，并借助有限元软件对工作段玻璃进行强度分析；应用有限元法，利用PatranNastran软件对循环水槽的整体固有频率进行计算，并与螺旋桨轴频、叶频及倍叶频比较，校验是否会发生共振现象。关键词：循环水槽；系统设计；设计参数；数值模拟AbstractOncethesimilaritytheorySrequirementsweremet，manyfluidmechanicsresearchescouldbedoneinthetowingtankorcirculatingwaterchannelComparedwithotherfacilities，thecirculatingwaterchannelhadtheadvantagesoflittleinvestmentandfastactTherefore，itwasextensivelyappliedtothefieldssuchasshipbuilding，oceanfisheryandkinematicsInthispaper,thecirculatingwaterchannelWasdesignedaccordingtothedomesticandoverseascirculatingwaterchanneldevelopmenttrendsWhenthedesignwasmetthedesignrequirements，theworkingflowfieldwassimulatedtobemoreideallybythecomputersimulationtechnologyThewholedesignofthecirculatingwaterchannelwasintroduced，andmorestudywasdoneabouttheparametersinfluenceonthedesignresultsThemaincontentsincludedasbelow：theflowfieldofthecirculatingwaterchannelwasnumericalsimulatedbythesoftwareFLUENTtostudytheinfectionsontheflowfieldshomogeneity,whichwasproducedbythecurvedpipeandguidewanesformandtheshrinkagecurveAnoveralldesignplanwasbuiltdependingonthecalculationresultsandpreviousexperienceThetestresultsofothersimilarchannelwerechangedintolocallostnondimensionalcoemcientsThelostenergyofthechannelwasestimated，usingthelocallostnondimensionalcoefficientswhichweremodifiedasbeingthedesignedchannelSoneThecorrespondingpowersystemwasdesigned，andtheperformanceofthepropellerwascalculated·Thestructuraldesign，suchaschannelSthickness，stiffenerandtheglassintheworkingarea，wasdone，referredtotherulesThestrengthanalysisontheglassintheWorkingareawascarriedoutthroughthefiniteelementanalysesoftwareTheoverallnaturalfrequencyofcirculatingwaterchannelwascalculatedbyadaptingthefiniteelementmethod，usingthesoftwarePatranNastrantorunthecomputationTheresultswerecomparedwiththepropellershaftfrequencyandbladefrequencytocheckiftheresonancephenomenonwouldhappen哈尔滨I：程人学硕十!学位论文Keywords：circulatingwaterchannel；systemdesign；designparameter；numericalsimulate哈尔滨-l-稃人学硕-I-7学位论文第1章绪论11前言随着现代科学的发展，目前不仅在船舶工程的阻力、推进、操纵性和适航性等有关研究课题方面，而且在海洋工程、渔业生产、水文、水力机械及运动科学等方面，都有越来越多的流体力学问题需要研究和解决。只要满足相似理论的要求，这些问题可以在风洞、拖曳水池、水洞或循环水槽中进行。其中拖曳水池与循环水槽相比，尺度效应比较小，受边界层影响较小，其实验数据优于循环水槽中的实验数据，是世界主要海洋大国的首选建设项目和j爿j有的大型实验设备。但由于拖曳水池受到轨道的限制，所以试验的时间受到限制。而循坏水槽是使水流动，把模型置于流动的水中测量的一种水动力试验设备。在循环水槽中，水借助于动力系统以一定的速度作循环流动，在工作段可作长时间的测试，这样不仅便于进行速度和压力的测量，同时可通过槽体侧面和底部的观察窗进行观察或摄像。此外，循环水槽具有投资小、占地少、见效快等优点，所以循环水槽已被广泛的应用于进行船舶、海洋工程、运动科学等领域的水动力试验。在循环水槽中可进行的主要试验项目如下111：1船舶工程方面：A基础流体力学：(1)圆柱、圆球的压力分布和阻力测试；(2)平板的阻力测试；(3)翼型及翼栅的压力分布，升力和阻力测试：(4)边界层和边界层控制的试验：(5)聚合物溶液的减阻试验；(6)流动显示试验；(7)有关测试仪器的试验。B船舶流体力学：(1)船模阻力试验；(2)船模自航试验；