射流助推式ROV型开沟机喷射臂及其冲刷过程研究

摘要

海底电缆输电工程是跨海域输电联网工程建设的关键部分，在实现电网国际化和区域电网互联进程中起着重要作用。为了对其进行的保护通常为挖沟埋设，对于浙江沿海海底地形复杂、流急多礁的恶劣条件，后挖沟技术最为适用，而ROV型挖沟机在后挖沟技术中最为常用。而现有ROV型挖沟机在推进器作为动力时相对于履带推进时冲刷功率下降，使冲刷效率下降。因此，研究不同因素对冲刷效果的影响，对优化射流助推型ROV型挖沟机喷射系统是十分必要的。本文通过理论分析、缩小模型试验和数值仿真，分析验证了喷射臂参数与冲刷效果的关系。
　　本文第一章主要介绍了本课题的研究背景、挖沟机及其喷射系统的研究现状。根据作业需求和各类挖沟机的优缺点分析，提出了本课题的研究意义和研究的主要内容。
　　本文第二章在分析射流助推型ROV型挖沟机现状和作业需求的基础上，提出了提高该类挖沟机效率的方法，并分析了冲刷参数对效率提升的影响。结合喷嘴冲刷过程中的射流破土基理和射流冲淤基理，分析上述冲刷参数及其它参数与破土应力和输沙率的关系。
　　本文第三章采用了Flow-3D软件进行了喷射冲刷仿真来分析了单喷嘴冲刷过程以及组合喷嘴冲刷时相邻喷嘴间的影响。从冲刷过程的流速和压力分布、悬沙浓度等参数的的变化对冲刷过程进行了详细的分析，并分析了改变冲刷靶距和喷嘴间距时对相邻喷嘴冲刷效果的影响改变。
　　本文第四章根据相似模型理论设计单喷嘴冲刷的缩小模型静态冲刷和移动冲刷试验。根据试验需求选定了试验底质并进行了分析，设计了试验平台的调节装置和驱动装置，以及试验用喷射系统等，并设计了观测装置。
　　本文第五章对比了单喷嘴冲刷的仿真和试验结果，验证了仿真结果的可靠性，并分析了冲刷角、冲刷靶距、冲刷流量、以及冲刷流速对冲刷效果的影响，以及不同冲刷参数时冲刷轮廓的自相似性;移动冲刷试验主要分析了移动冲刷时，不同冲刷角的冲刷效果、不同移动速度的冲刷效果以及不同冲刷参数下的冲刷断面的自相似性。
　　本文第六章对全文的主要研究工作进行了总结，并对其存在的不足提出了进一步研究和改进的方向。

目录

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致谢

摘要

图目录

表目录

第1章 绪论

1．1 课题研究背景

1．2 挖沟机研究现状

1．2．1 挖沟机的国外研究现状

1．2．2 挖沟机的国内研究现状

1．3 挖沟机喷射系统研究现状

1．3．1 现有喷射式挖沟机喷射臂结构

1．3．2 水下射流冲刷的研究现状

1．4 课题研究意义和内容

1．4．1 课题研究的意义

1．4．2 课题研究内容

1．5 本章小结

第2章 射流助推式喷射臂及其理论研究

2．1 射流助推型挖沟机喷射臂

2．2 喷嘴射流破土应力分析

2．2．1 垂直冲刷破土应力

2．2．2 倾斜冲刷破土应力

2．3 射流冲淤过程单宽输沙率计算

2．4 本章小结

第3章 射流助推式喷射臂冲刷仿真分析

3．1 仿真软件

3．2 沉积物冲刷模型

3．3 软件参数设置及仿真模型建立

3．3．1 沉积物冲刷模型参数设置

3．3．2 单喷嘴贴壁冲刷模型

3．3．3 组合喷嘴冲刷模型

3．4 仿真结果分析

3．4．1 单喷嘴贴壁冲刷仿真分析

3．4．2 组合喷嘴冲刷仿真分析

3．5 本章小结

第4章 射流助推式喷射臂单喷嘴冲刷缩小模型试验设计

4．1 根据相似原理设计小模型试验

4．2 试验底质及沙箱的选定

4．3 调节及驱动系统设计

4．4 试验用泵及其附属设施设计

4．5 观察及测深系统设计

4．5．1 静态冲刷试验观察测量系统

4．5．2 移动冲刷试验观察测量系统

4．6 本章小结

第5章 射流助推式喷射臂单喷嘴冲刷试验分析

5．1 单喷嘴静态冲刷试验

5．1．1 不同冲刷参数冲对冲刷效果影响分析

5．1．2 冲刷平衡深度分析

5．1．3 冲刷轮廓分析

5．2 单喷嘴移动冲刷试验

5．3 本章小结

第6章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献