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船坞虹吸灌水廊道水力特性的数值模拟研究
| 论文题名： | 船坞虹吸灌水廊道水力特性的数值模拟研究 |
| 关键词： | 灌水廊道;数值模拟;流量系数;压强分布;船舶工业;水力模型;消能特性 |
| 摘要： | 虹吸廊道灌水是利用虹吸原理向坞室输水的一种灌水型式，具有结构简单、断流迅速和运行管理方便可靠等优点。近几年来在我国船舶工业迅速发展的背景下，虹吸廊道灌水系统在新建大型修、造船坞中得到广泛使用。由于灌水廊道水流条件复杂，须对其初步设计进行水力模型试验以验证驼峰断面负压和灌水时间等水力指标是否满足要求。如果灌水廊道达不到技术指标，则需要提出改进措施后重新加工模型进行试验，但是这样往往会延误工期并增加试验成本。 针对虹吸灌水廊道设计定型中的困难，本研究在中船龙穴修造船基地1＃修船坞虹吸灌水廊道水力模型试验的基础上，使用数值模拟的方法对灌水廊道的水力特性进行了分析。论文首先总结了船坞灌水系统的主要型式及适用条件，对虹吸廊道灌水系统的主要水力指标灌水时间和驼峰断面负压进行了理论分析。廊道虹吸形成过程的流体力学相似分析则表明水力模型试验测出的虹吸形成时间要比原型值偏短。 本文使用Reynolds平均法和Standard k-ε两方程模型建立了灌水廊道三维流动的数学模型，在非结构网格中采用有限体积法推导出控制方程的离散代数方程组，并使用基于非正交同位网格的SIMPLE算法对其进行求解。在此基础上使用数值模拟方法的计算了中船龙穴1＃坞虹吸灌水廊道的流量系数，此流量系数下的灌水流量与模型试验值的对比分析表明，使用流量系数计算值估算不同水位下的灌水流量是可行的。论文还对虹吸灌水廊道的流场进行数值模拟研究，不同水位下驼峰断面的压强计算值与模型试验值吻合较好，在已知灌水流量的情况下数值模拟能够较好地预测空化的发生。论文最后通过速度分布和湍流动能分布分析了中船龙穴1＃坞廊道消能段的消能特性。 |
| 作者： | 赵鹏 |
| 专业： | 水力学及河流动力学 |
| 导师： | 白玉川 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 天津大学 |
| 学位年度： | 2009 |
| 正文语种： | 中文 |
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