疏浚船加气减阻装置结构优化与特性参数研究

摘要

绞吸式挖泥船在中国的港口建设、航道疏浚等地方都得到了广泛的应用。挖泥船所挖的泥沙等物质通常是通过管道来进行长距离输送。由于泥浆粘性系数大，管道输送存在运输能耗大、排送距离短、且容易造成堵塞等问题。倘若在输送管道中加入空气，使空气能在管壁至管道中心形成一定的梯度分布，并保持这个状态流动，则可以减少流阻，提高泥浆输送效率。射流管以及螺旋加气助送装置都没有机械构件，而且不耗能，维护成本低。在能形成较好的混合流体的前提下，则这两种加气装置具有很好的应用前景。
　　 文中的研究对象是，空气进入管道后，泥浆和气体在管道内的分布情况。利用PRO/Engineer建立不同结构参数下的模型，导入到ICEM进行网格划分，通过CFX进行数值仿真，分别对射流管、螺旋加气助送装置的混合效果进行研究，分析影响加气助送装置的结构装置混合效果的关键参数，得出最佳结构参数。主要研究工作有:
　　 (1)得到射流泵结构参数设定和空气、泥浆混合效果之间的关系。利用文献的数值计算或实验结果初步计算射流管的部分结构参数，结合试验台的泥浆的实验条件，通过对不同结构参数下的射流管模型进行数值仿真，分析流体在射流管内部及流出射流管泥浆和空气的流速分布、压力分布等。本文重点考虑吸入室直径、喉嘴距、混合管长度三个参数，通过比对不同模型的仿真结果，分析影响射流管混合效果的关键结构参数。
　　 (2)提出了在泥浆体积分数40％条件下，螺旋加气装置的最优结构参数。查阅相关资料，建立螺旋加气助送装置模型。利用软件进行仿真，分析空气和泥浆在螺旋加气助送装置内部就输送管道上的压力分布、流速分布、流向分布等。考虑气道到挡板距离、螺旋通道长度，螺距三个参数，通过对比不同模型间的仿真结果，得出影响螺旋加气装置的关键结构参数。
　　 (3)螺旋加气助送装置的“助送”效果优于射流管。在相同的加气量、加气压力、泥浆浓度等边界条件下，比较最佳结构参数下的射流管和螺旋加气装置的最终混合效果，比对了两种加气助送装置的混合效果，分析了产生不同混合效果的原因，并得出了具有最佳加气助送效果的装置的结构参数。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 国外发展情况

1．2．2 国内发展情况

1．3 研究意义

1．4 研究重点

第2章 粘性流动数值计算理论

2．1 流态分类

2．1．1 两相流

2．1．2 其他多相流

2．2 流体运动三大基本定律

2．2．1 连续方程

2．2．2 动量方程

2．2．3 能量方程

2．3 湍流的数值计算理论

2．3．1 Reynolds应力方程模型法

2．3．2 涡粘模型系数法

2．3．3 双方程模型

2．4 CFX及ICEM软件概述

2．5 本章小结

第3章 射流管的几何设计与仿真

3．1 多相流的的表征参数

3．1．1 流量

3．1．2 速度

3．1．3 滑差和滑动比

3．1．4 含气率

3．2 射流管的性能与结构参数

3．2．1 射流管的结构和基本原理

3．2．2 射流管的性能参数

3．3 射流管的几何设计

3．3．1 喷嘴出口直径的计算

3．3．2 吸入室的确定

3．3．3 最优面积比my的计算

3．3．4 喉管最优长度的确定

3．3．5 扩压管的确定

3．3．6 其他尺寸的确定

3．4 射流管仿真

3．4．1 数值计算方法

3．4．2 射流管的建模仿真

3．5 本章小结

第4章 螺旋加气装置的仿真与分析

4．1 螺旋加气助送装置的工作原理

4．2 螺旋加气装置的建模与仿真

4．2．1 气道出口到螺旋挡板距离L'c对加气效果的影响

4．2．2 螺旋挡板长度L'd对加气效果的影响

4．2．3 螺距Lp对加气效果的影响

4．3 本章小结

第5章 射流管和螺旋加气装置效果比对

5．1 射流管和螺旋加气装置设置

5．2 射流管和螺旋加气装置仿真结果分析

第6章 总结和展望

6．1 总结

6．2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间参加的科研项目