循环水槽系统设计及参数研究

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坏水槽中进行。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FLUENI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Patran-Nastran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。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章 绪论

第2章 循环水槽流场数值模拟

2.1引言

2.2粘性流场数值计算理论

2.2.1控制方程

2.2.2基于有限体积法的控制方程离散

2.2.3湍流模型

2.3 CFD的求解过程

2.4用户自定义函数UDF

2.4.1 UDF概述

2.4.2 UDF宏和预定义函数

2.4.3 UDF的编写

2.4.4 UDF的编译与链接

2.5水槽流场模拟

2.5.1数值计算模型及求解控制参数

2.5.2数值计算后处理

2.5.3数值结果及分析

2.6本章小结

第3章 水平循环水槽总体方案设计

3.1水平循环水槽工作段基本参数

3.1.1基本参数计算公式

3.1.2基本参数选定

3.2水槽的基本部件

3.2.1工作段

3.2.2收缩段

3.2.3整流段

3.2.4坡降段

3.2.5扩算段

3.2.6消波装置

3.2.7拐角导流片

3.3本章小结

第4章 循环水槽水头损失及动力系统设计

4.1水头损失计算方法

4.1.1沿程水头损失计算方法

4.1.2局部水头损失计算方法

4.2水槽能量损失估算

4.3水槽设计实例水头损失

4.4电动机及减速机的计算选型

4.4.1驱动电动机的计算选型

4.4.2减速机的计算选型实例

4.5螺旋桨性能计算

4.5.1螺旋桨基本参数

4.5.2螺旋桨推力与扭矩估算

4.5.3螺旋桨空泡校核

4.5.4强度校核

4.5.5螺旋桨性能计算实例

4.6本章小结

第5章 循环水槽槽道部件结构设计

5.1槽道壁厚设计

5.1.1强度理论的基本知识

5.1.2壁厚计算中的相关问题

5.1.3内压管道壁厚计算方法

5.1.4外压管道壁厚计算方法

5.1.5弯管的壁厚计算

5.2加强筋的设计

5.2.1加强筋的作用及结构

5.2.2加强筋的计算步骤

5.2.3加强筋与管道的连接

5.3设计实例

5.3.1水槽设计实例水槽槽体壁厚计算

5.3.2水槽设计实例加强筋设计

5.3.3弯管壁厚计算

5.4工作段玻璃结构设计

5.4.1水下用玻璃结构设计

5.4.2水槽工作段玻璃强度设计计算

5.4.3工作段玻璃有限元计算及结果分析

5.5循环水槽整体固有频率计算

5.5.1有限元法在振动分析中应用

5.5.2管系结构有限元分析方法

5.5.3循环水槽激振力计算

5.5.4循环水槽固有频率有限元计算

5.5本章小结

结论

参考文献

致谢

附录 收缩曲线出口处相对速度UDF如下：