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船坞虹吸灌水廊道水力特性的研究
| 论文题名： | 船坞虹吸灌水廊道水力特性的研究 |
| 关键词： | 船坞;虹吸廊道灌水系统;水力特性;数值模拟;驼峰负压 |
| 摘要： | 虹吸廊道灌水系统在我国新建大型及特大型修、造船坞中得到广泛使用，针对工程实践中较为关心的问题，并结合研究现状的分析，论文主要使用理论分析、模型试验和数值模拟的方法对廊道水力特性进行了研究，相应的研究内容和结论可分为以下几部分： ⑴驼峰负压及虹吸段最优半径的计算方法：对于工程中关心的虹吸廊道驼峰负压问题，在柱坐标下建立虹吸段水流运动方程，推导得出了驼峰断面流速和压强的解析表达式，压强表达式的准确性得到了龙穴1＃修船坞虹吸灌水廊道水力模型试验的验证。在压强表达式的基础上提出一种新的虹吸段最优半径计算方法，并计算了几组不同工况下的最优半径，使用数值模拟得出的此半径的驼峰压强分布较已有方法更为均匀，表明离心力得到了合理利用，有利于防止空化的发生。 ⑵虹吸形成时间的模型试验相似条件和理论模型：通过使用π定理对廊道虹吸形成过程进行量纲分析得出，如在几何比尺为λ的模型试验中测得的虹吸形成时间与原型相似，须满足两个要求： ①模型试验在压强为1/λ大气压强的减压环境进行； ②模型真空泵的有效抽速为原型真空泵的1/λ2.5。因此建立了虹吸形成过程的理论模型，解决了在常压模型试验下无法测定虹吸形成时间的困难。理论模型的可靠性得到了一简化实验的验证，表明其可用于虹吸形成时间的预测。 ⑶虹吸廊道的水力特性数值分析及体型优化：结合大连船舶重工修船2＃修船坞双进口体型虹吸灌水廊道模型试验，建立了其水力特性的三维数值计算模型，通过将水位边界转换为压力边界，并在出口边界上使用VOF方法处理，实现了对灌水流量较高精度的预测。避免了以往数值计算须根据模型试验数据给定流量或流速边界的缺陷。通过对相关计算结果分析表明，双廊道体型结构的导墙阻碍了廊道过流能力，且导致右廊道流速过高，应予取消以改善流态和平衡左右廊道的流量。使用数值计算方法对双进口廊道的体型进行了优化，使其流量最大提升了35％，可有效降低灌水时间。 |
| 作者： | 赵鹏 |
| 专业： | 水利工程;港口、海岸及近海工程 |
| 导师： | 白玉川 |
| 授予学位： | 博士 |
| 授予学位单位： | 天津大学 |
| 学位年度： | 2012 |
| 正文语种： | 中文 |
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