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多功能水洞水动力学设计及强度校核
| 论文题名： | 多功能水洞水动力学设计及强度校核 |
| 关键词： | 多功能水洞;水动力学设计;收缩段;强度校核;湍流度;流场预测 |
| 摘要： | 水洞是进行流体力学和水动力学研究的重要实验设备。水洞中适宜开展边界层、湍流、尾流和舰船模型设计等实验研究，还可以用于研究空化、自由液面和水弹性等水动力学中特有的现象。水洞的设计建造对开展基础研究和解决实际工程问题都具有重要的现实意义。 多功能循环水洞的设计涉及结构设计、水动力学设计和结构强度校核等。设计过程中，充分考虑了水洞设备良好的人机交互性能、功能的多样性和使用、维护的安全高效，采用了一些具有特色的设计理念，本文重点研究关键部段水动力学设计和结构强度校核。 水动力学设计部分主要包括系统功率损失计算和动力系统选择，收缩前二转角段优化设计，稳流与整流段低湍流度设计，收缩段优化设计以及实验段流场性能预测。通过理论计算，确定了循环水洞系统的能量损失，并且综合考量稳定性和振动等因素选择了合适的动力系统。充分借鉴国内外低湍流度风洞和水洞设计经验并利用Fluent软件平台进行了大量数值模拟的基础上，拐角处选用了流场改善效果最好的二维导流形式;稳流与整流段采用Φ10mm×90mm的PVB管作为蜂窝器管、2层20目和2层30目阻尼网，保障了该部段的低湍流度;收缩段综合考虑流场品质、湍流度压制性能、速度均匀度等选用长为4m的五次方曲线。实验段流场预测结果表明，无论是开式还是闭式运行模式下，实验段均有良好的流场品质，能够满足实验要求。水动力学设计保障了水洞系统在实验段所有流速范围内均有较好的流场品质和较低的湍流度。 基于ANSYS的结构分析模块和协同仿真环境Workbench对实验段支撑大梁和观测玻璃以及支脚螺栓进行了强度校核。结果表明，在水洞中装满水的最大载荷下，结构件的强度和变形量均满足设计许用要求，保障了水洞系统的稳定运行。 |
| 作者： | 杨锦文 |
| 专业： | 航空宇航制造工程 |
| 导师： | 鲍锋 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 厦门大学 |
| 学位年度： | 2014 |
| 正文语种： | 中文 |
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