臥式循環(huán)水槽方案設(shè)計(jì)【畢業(yè)設(shè)計(jì)】

1、<p>　　本科畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘要IIII</b></p><p><b>　　1．緒論5</b></p><p><b>　　1.1 前言4</b></p

2、><p>　　1.2 國(guó)外研究現(xiàn)狀5</p><p>　　1.3 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀6</p><p>　　1.4 循環(huán)水槽相關(guān)段作用簡(jiǎn)介8</p><p>　　2. 臥式循環(huán)水槽總體方案設(shè)計(jì)10</p><p><b>　　2.1工作段10</b></p><p>　　2

3、.2 收縮段11</p><p>　　2.3 穩(wěn)定段14</p><p>　　2.4 拐角導(dǎo)流片14</p><p>　　2.5 擴(kuò)散段16</p><p>　　2.6 動(dòng)力段16</p><p>　　2.7 消除裝置17</p><p>　　2.8 水動(dòng)力性能18</p&g

4、t;<p>　　2.9 流速控制與檢驗(yàn)系統(tǒng)19</p><p>　　2.10 本章小結(jié)20</p><p>　　3．臥式循環(huán)水槽結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)21</p><p>　　3.1 循環(huán)水槽激振21</p><p>　　3.2 螺旋槳基本參數(shù)21</p><p>　　3.3 螺旋槳推力與扭矩計(jì)算21<

5、;/p><p>　　3.4 空泡條件22</p><p>　　3.5 強(qiáng)度校核23</p><p>　　3.6 壁厚設(shè)計(jì)23</p><p>　　3.7 水頭損失29</p><p>　　3.8 加強(qiáng)筋設(shè)計(jì)32</p><p>　　3.9 能量計(jì)算方法的簡(jiǎn)介33</p>&

6、lt;p>　　3.10 本章小結(jié)34</p><p>　　4．循環(huán)水槽采取措施35</p><p>　　5．參數(shù)總和簡(jiǎn)介37</p><p><b>　　總結(jié)38</b></p><p><b>　　致謝39</b></p><p><b>　　[參

7、考文獻(xiàn)]40</b></p><p>　　臥式循環(huán)水槽方案設(shè)計(jì)</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　循環(huán)水槽同傳統(tǒng)拖曳水池相比具有許多優(yōu)點(diǎn)，因而日益廣泛地應(yīng)用于船型開發(fā)和船舶水動(dòng)力性能研究。</p><p>　　本論文查閱循環(huán)水槽相關(guān)文獻(xiàn)后，了解了國(guó)內(nèi)外循環(huán)水槽的發(fā)展現(xiàn)狀。進(jìn)行了循

8、環(huán)水槽基本參數(shù)的選定，介紹了水槽基本部件的作用及選取情況，水槽的水動(dòng)力性能表現(xiàn)的4個(gè)方面，流速控制及檢驗(yàn)系統(tǒng)構(gòu)成及工作原理。螺旋槳簡(jiǎn)要計(jì)算，槽道壁厚設(shè)計(jì)，水頭損失計(jì)算方法，加強(qiáng)筋設(shè)計(jì)，能量計(jì)算方法簡(jiǎn)介。為了使試驗(yàn)段水面平直、無(wú)波動(dòng)、流速均勻，采取的一些措施。</p><p>　　[關(guān)鍵詞] 循環(huán)水槽；總體設(shè)計(jì)；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；措施</p><p>　　Horizontal circulation

9、 sink solution design</p><p>　　[Abstract] Water cycle with the traditional towed pool has a number of advantages compared, and increasingly widely used in ship type development and hydrodynamic performance o

10、f a ship。</p><p>　　This paper recycling tank access related literature, understand the current situation of the development of the circular sink at home and abroad. The basic parameters of the water cycle se

11、lected, introduces the sink of the basic components and choose the role, the sink water power performance of the four aspects, velocity control and inspection system structure and working principle. The propeller brief c

12、alculation, slot way wall thickness design, loss calculation method, reinforcement design, e</p><p>　　[Key Words] circulating water channel; overall design; structure design; measures</p><p><

13、;b>　　1．緒論</b></p><p><b>　　1.1前言</b></p><p>　　流體力學(xué)問(wèn)題在滿足相似理論的前提下，可以在風(fēng)洞、拖曳水池、水洞或循環(huán)水槽中進(jìn)行。傳統(tǒng)拖曳水池與循環(huán)水槽相比，拖曳水池具有尺度效應(yīng)小，受邊界層影響小，其實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)優(yōu)于循環(huán)水槽中的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的特點(diǎn)。但拖曳水池受到軌道的限制，有試驗(yàn)的時(shí)間受到限制的缺點(diǎn)。循環(huán)水槽就沒(méi)

14、有試驗(yàn)時(shí)間受限制的缺點(diǎn)。因?yàn)樗鞘顾柚趧?dòng)力系統(tǒng)以一定的速度作循環(huán)流動(dòng)，把模型置于流動(dòng)的水中測(cè)量的一種水動(dòng)力試驗(yàn)設(shè)備。在工作段可作長(zhǎng)時(shí)間的測(cè)試，在槽體側(cè)面和底部有觀察窗?？梢院芊奖愕倪M(jìn)行觀察或攝像。循環(huán)水槽還具有投資小、占地少、見效快等優(yōu)點(diǎn)，所以循環(huán)水槽被廣泛的應(yīng)用于船型開發(fā)和船舶水動(dòng)力性能。</p><p>　　一些復(fù)雜的問(wèn)題是無(wú)法從分析方面來(lái)進(jìn)行研究的，用記錄觀察的方法卻可以得到一些重要的結(jié)果。記錄所觀察到

15、流體的運(yùn)動(dòng)情況是研究流體力學(xué)問(wèn)題的一個(gè)好方法。比如：1883年英國(guó)科學(xué)家雷諾采用紅墨水在管道中流動(dòng)創(chuàng)建的流體相似定理、 1904年prenatal提出重要的邊界層概念、60年代發(fā)現(xiàn)湍流內(nèi)近壁區(qū)的“猝發(fā)現(xiàn)象”、上世紀(jì)80年代觀察到肥大船型尾部交叉流產(chǎn)生分離形成的旋渦、各種球鼻首在船底所引起的復(fù)雜流動(dòng)等等。觀察和攝影流動(dòng)情況是設(shè)計(jì)和使用循環(huán)水槽的重要特點(diǎn)之一</p><p>　　70年代前循環(huán)水槽多數(shù)為水平型，80年

16、代以來(lái)建的水槽多數(shù)為立式。</p><p>　　減壓循環(huán)水槽是新一代的船舶模型試驗(yàn)研究設(shè)備，它把拖曳水池和空泡水洞的功能結(jié)合起來(lái)，在高試驗(yàn)水速和變壓條件下，進(jìn)行整體船模帶槳條件下的水下噪聲和水動(dòng)力性能的綜合試驗(yàn)研究，而且具有低湍流度、低背景噪聲的特點(diǎn) 。</p><p>　　循環(huán)水槽大體可以分為常規(guī)型循環(huán)水槽、減壓型循環(huán)水槽、風(fēng)浪流水型循環(huán)水槽三種。常規(guī)型循環(huán)水槽又可細(xì)分為蓄水池型與無(wú)蓄水

17、池型兩種。蓄水池型又稱為流動(dòng)中斷型，無(wú)蓄水池型又可稱之為循環(huán)流水型循環(huán)水槽。無(wú)蓄水池型循環(huán)水槽可以避免水泵的擾動(dòng)對(duì)工作段流速的穩(wěn)定性影響，但能量會(huì)全部損失掉，因?yàn)樗鳑](méi)有循環(huán)。工作段水流速度不是太高的時(shí)候，一般選用循環(huán)流水型循環(huán)水槽。循環(huán)水槽從結(jié)構(gòu)形式上可分為水平循環(huán)水槽和立式循環(huán)水槽。水平循環(huán)水槽的工作段與動(dòng)力系統(tǒng)基本置于同一水平地面高度。立式循環(huán)水槽的工作段高于循環(huán)水槽的動(dòng)力系統(tǒng)所在的水平地面高度。因?yàn)榱⑹窖h(huán)水槽需要將動(dòng)力系統(tǒng)中的

18、部分能量轉(zhuǎn)化為流體的勢(shì)能，所以立式循環(huán)水槽所需的動(dòng)力系統(tǒng)要求往往高于水平循環(huán)水槽。因此，雖然立式循環(huán)水槽相對(duì)于水平循環(huán)水槽有占地面積小的優(yōu)點(diǎn)，但是國(guó)內(nèi)外建成的循環(huán)水槽還是以水平循環(huán)水槽為主的。</p><p>　　主要試驗(yàn)：船模自航試驗(yàn)、船模伴流試驗(yàn)、螺旋槳敞水試驗(yàn)、平板的阻力測(cè)試、流動(dòng)顯示試驗(yàn)等試驗(yàn)。在海洋工程方面可進(jìn)行流體動(dòng)力測(cè)試，流場(chǎng)的觀察及有關(guān)測(cè)試儀器的試驗(yàn)。在漁業(yè)水產(chǎn)方面可進(jìn)行漁網(wǎng)、漁具等有關(guān)物體在水中

19、的運(yùn)動(dòng)及流體動(dòng)力測(cè)試，流場(chǎng)觀察及有關(guān)測(cè)試儀器的試驗(yàn)。</p><p><b>　　1.2國(guó)外研究現(xiàn)狀</b></p><p>　　丹麥北方海洋中心的循環(huán)水槽全長(zhǎng)30m，寬8m，高6m，工作段長(zhǎng)21.3m，寬8m，高2.7m，水總?cè)萘?200T；水流速度范圍為0-1m/s，傳送帶速度范圍為0-1m/s；觀察窗由20塊2×3m的玻璃組成，驅(qū)動(dòng)電機(jī)由4臺(tái)64KW電

20、動(dòng)機(jī)組成。澳大利亞海洋水動(dòng)力研究中心的循環(huán)水槽工作段的參數(shù)：長(zhǎng)17.2m,寬5m,最大水深2.5m,觀察窗長(zhǎng)為11.2m，寬1.5m；水總?cè)萘?00T，水流速度為0-1.5m/s。傳送帶速度范圍為0-1.5m/s；驅(qū)動(dòng)電機(jī)由4臺(tái)56.5KW電動(dòng)機(jī)組成，螺旋槳直徑1.2m。</p><p>　　加拿大海洋性能評(píng)估聯(lián)合指導(dǎo)中心的循環(huán)水槽是世界最大的循環(huán)水槽，工作段全長(zhǎng)22m，寬8m，高4m，最大流速1m/s，傳送帶最

21、大速度1m/s，觀察窗尺寸為2×3m。主要的配套設(shè)備包括：4.7T空中起重機(jī)，32通道高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、水下視頻攝像機(jī)及視頻分析軟件。主要應(yīng)用于漁業(yè)和水下機(jī)器人的物體表面可視化試驗(yàn)、流體水動(dòng)力試驗(yàn)及漁具外形研究等方面。</p><p>　　在20世紀(jì)70年代初至80年代中后期，德國(guó)、瑞典、意大利、日本和俄羅斯就相繼設(shè)計(jì)和建造了競(jìng)技游泳水槽。因受波浪相對(duì)較大、氣泡排除效果不好、水流湍流度較大、水槽尺寸較小

22、等因素影響，水槽的水流質(zhì)量并不理想。一方面表現(xiàn)在運(yùn)動(dòng)員游起來(lái)感覺(jué)與在靜水中有明顯的不同，另一方面降低了測(cè)試的準(zhǔn)確性和可靠性。為了改變這兩個(gè)方面的不足，1987年，美國(guó)游泳協(xié)會(huì)與美國(guó)Uni-Dyne公司投入100萬(wàn)美元在科羅拉多的高原訓(xùn)練基地共同設(shè)計(jì)和建造了一個(gè)更現(xiàn)代化的游泳水槽測(cè)試平臺(tái)。該水槽在結(jié)構(gòu)和功能上更加優(yōu)越，在游泳的應(yīng)用研究方面也比過(guò)去有了顯著的進(jìn)步。他們把游泳不同段落的能量代謝比例、最佳劃水路線以及技術(shù)經(jīng)濟(jì)和效率等基礎(chǔ)研究問(wèn)題

23、與實(shí)踐結(jié)合了起來(lái)。</p><p>　　德國(guó)是目前世界上建有競(jìng)技游泳水槽最多和最早的國(guó)家。比如：漢堡、馬格德堡。幕尼黑奧林匹克中心由于建造水槽的歷史較早，在水槽的使用方面積累了不少的經(jīng)驗(yàn)。為游泳技術(shù)的改進(jìn)提供了科學(xué)依據(jù)的三線運(yùn)動(dòng)分析系統(tǒng)是由德國(guó)的游泳教練和科研人員共同研發(fā)的。它僅可以在水槽上為游泳技術(shù)進(jìn)行評(píng)價(jià)。</p><p>　　美國(guó)泰勒水池在1944年建成。長(zhǎng)18米，寬6.1米，水深2

24、.8m，英國(guó)國(guó)家物理實(shí)驗(yàn)室于1965年建成16.8×3.65×3.65m水槽。瑞典國(guó)家造船實(shí)驗(yàn)室也于1969年建成水槽。</p><p>　　1997年，新西蘭的Otago大學(xué)在考察了各國(guó)的游泳水槽后，自行設(shè)計(jì)和建造了一個(gè)游泳和皮劃艇共用的水槽。該水槽使游泳和皮劃艇在同一水槽中的訓(xùn)練成為可能。</p><p>　　1.3 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀</p><p&

25、gt;　　廣東省航運(yùn)科學(xué)研究所的循環(huán)水槽90年代初投入運(yùn)行，由于受當(dāng)時(shí)的條件限制，水槽的控制方法，船模試驗(yàn)的過(guò)程，以及試驗(yàn)結(jié)果的數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理都是采用傳統(tǒng)的人工操作方式進(jìn)行。人工方式存在的操作誤差、判讀誤差以及數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理的誤差都會(huì)影響試驗(yàn)的效率和試驗(yàn)結(jié)果的精度。電子技術(shù)的發(fā)展特別是計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)的迅速發(fā)展。運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)循環(huán)水槽配置合適的自動(dòng)控制、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)成為了一條可行的道路。通過(guò)對(duì)計(jì)算機(jī)的硬件設(shè)施和控制軟件

26、不斷地進(jìn)行修改，對(duì)不同的試驗(yàn)信號(hào)進(jìn)行不同的轉(zhuǎn)換處理，對(duì)各種可能存在的內(nèi)部、外部干攏源進(jìn)行可靠的電氣隔離。實(shí)現(xiàn)了船模阻力、自航、伴流、螺旋槳敞水及平面運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)等多項(xiàng)試驗(yàn)的計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制、數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理。</p><p>　　哈爾濱工程大學(xué)建有國(guó)內(nèi)第一座水平常規(guī)循環(huán)流水型循環(huán)水槽，全長(zhǎng)17.3m，最大寬度6.2m，高度2.88m，工作段長(zhǎng)7m，最大水深1.5m，最高流速為2.3米/秒。水槽收縮比為2，有消除氣泡裝

27、置，可使高速流時(shí)保證流動(dòng)圖形顯示的高質(zhì)量。并有消波裝置，保證流速在小于1.5米/秒時(shí)駐波高度不超過(guò)7mm</p><p>　　中國(guó)船舶科學(xué)研究中心大型循環(huán)水槽2001年通過(guò)竣工驗(yàn)收，2004年通過(guò)鑒定。它是我國(guó)規(guī)模最大的大型空泡實(shí)驗(yàn)室，具有低湍流度、低噪聲等特點(diǎn)，可以承擔(dān)各類水面艦船、水下航行器和民用船舶的整船模型帶推進(jìn)器的水動(dòng)力性能測(cè)量、空泡觀察、脈動(dòng)壓力測(cè)量和噪聲測(cè)量以及海洋工程結(jié)構(gòu)物與流體相互作用下頻率響應(yīng)

28、等試驗(yàn)，是新時(shí)期我國(guó)船舶推進(jìn)器水動(dòng)力、空泡、噪聲和振動(dòng)研究的最重要試驗(yàn)設(shè)備。整個(gè)水槽長(zhǎng)55m，高16.4m，收縮比：5：1，擴(kuò)散比：1：2.96；工作段尺度：10.5×2.2×2m，壓力為10-400千帕，水速：0.8-15m/s，速度不均勻度：＜1%，空泡數(shù)：0.07（水速15m/s，頂部壓力10千帕）。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)由3600千瓦28極同步電機(jī)和直徑為4.1m，7葉，附加9葉定子，最大轉(zhuǎn)速為90rad/min的軸流泵組

29、成；并配有螺旋槳?jiǎng)恿x，激光測(cè)速儀、空泡觀測(cè)及脈動(dòng)壓力測(cè)量系統(tǒng)、噪聲測(cè)量系統(tǒng)，包括大型水聽器聲基陣（軸向可遙控移動(dòng)5.7m）等測(cè)試儀器。</p><p>　　圖1.1 中國(guó)船舶科學(xué)研究中心循環(huán)水槽</p><p>　　中國(guó)船舶科學(xué)研究中心空泡水筒(03B)建成于1973年，是我國(guó)中等尺度的空泡水筒中最大的試驗(yàn)設(shè)備，具有速度高、空泡數(shù)低等特點(diǎn)，屬重力式水筒，配有先進(jìn)的激光測(cè)速（LDV）系統(tǒng)。

30、可以承擔(dān)各類推進(jìn)器均流/模擬伴流場(chǎng)（網(wǎng)格或假尾+網(wǎng)格模擬）中水動(dòng)力、空泡觀察、脈動(dòng)壓力和噪聲等測(cè)量試驗(yàn)以及LDV測(cè)量流場(chǎng)、高速航行體空泡試驗(yàn)和一些特種推進(jìn)器的性能試驗(yàn)等。工作段直徑0.8米,長(zhǎng)度3.2米;水速范圍3-20米/秒;壓力調(diào)整范圍8-400Kpa；最低空泡數(shù)（無(wú)模型）0.15:螺旋槳模型最大直徑0.4米.能進(jìn)行空蝕、軸流泵等試驗(yàn)。</p><p>　　圖1.2 中國(guó)船舶科學(xué)研究中心空泡水筒</p&

31、gt;<p>　　武漢理工大學(xué)船舶與海洋工程研究所循環(huán)水槽圖占地面積480m平方,工作段尺寸6.5×1.8×0.9m,可無(wú)級(jí)調(diào)速,最大水速為2m/s。采用滾筒式水流加速器處理自由液面、邊界層,使整個(gè)流場(chǎng)更加均勻；工作段下游設(shè)置的深水開口池,可以調(diào)整水池水位,以消除工作段水流的不利影響。</p><p>　　我國(guó)的游泳水槽建造起步較晚。2005年2月,上海市科技局在上海市體育局建成

32、了國(guó)內(nèi)第一個(gè)具有國(guó)際先進(jìn)水平的競(jìng)技游泳水槽。該水槽長(zhǎng)、寬各為6米和4米,水流精度上達(dá)到士0.01m/s,湍流度為1%。波高為0,流速在2.0m/s時(shí)的氣泡也不影響生物力學(xué)的觀測(cè)。山東體育學(xué)院在山東省體育局研制了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的“游泳水槽”。山東體育學(xué)院循環(huán)水槽的各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)和指標(biāo)的精確定是稍遜于上海水槽的。因?yàn)橥顿Y額度的限制,再加上是首次設(shè)計(jì)建造,缺乏相應(yīng)的設(shè)計(jì)和制作經(jīng)驗(yàn)。水槽長(zhǎng)4.5m,寬2.5m,水流精度達(dá)到士0.01m/s,波高

33、為0.01m,最高流速2m/s和上海水槽相比,山東水槽多了一個(gè)低氧功能。在水槽上方建有體積為6m×2m×3m的低氧罩,制氮機(jī)通過(guò)抽掉空氣,補(bǔ)充一定比例的氮?dú)鈦?lái)控制罩內(nèi)的氧氣含量,從而可形成能模擬不同海拔高度的常壓低氧環(huán)境,為提高水槽體能訓(xùn)練難度,建成具有綜合性極限運(yùn)動(dòng)環(huán)境的設(shè)備進(jìn)行了有益的嘗試和探索。</p><p>　　目前在循環(huán)水槽設(shè)計(jì)建造過(guò)程中需要解決的問(wèn)題有：</p>&

34、lt;p>　　1 不同的設(shè)計(jì)參數(shù)（如擴(kuò)散段的擴(kuò)散比、導(dǎo)流片形式、收縮段的曲線形</p><p>　　式等）對(duì)水槽流場(chǎng)品質(zhì)的影響</p><p>　　2 對(duì)試驗(yàn)結(jié)果定出精確的修正方法。</p><p>　　1.4 循環(huán)水槽相關(guān)段作用簡(jiǎn)介</p><p><b>　　(1) 收縮段</b></p>&

35、lt;p>　　收縮段的功能：1）可以提高流速；2）可以使試驗(yàn)段的流場(chǎng)均勻；3）可以改變紊流度（ 整流格、阻尼網(wǎng)同時(shí)考慮）。資料指出：“ 縱向流速不均勻性的減低與收縮比的平方成正比；而橫向斷面流速不均勻性的減低與收縮比的平方根成正比”。</p><p>　　收縮比：其中,其中為收縮段進(jìn)口面積，為收縮段出口面積，收縮比的加大要引起收縮段的加長(zhǎng)，使水槽的費(fèi)用加大，在加工上也會(huì)增加困難。 一般收縮比取2到4。<

36、;/p><p>　　收縮段曲線公式的選擇對(duì)試驗(yàn)段水流分布的均勻度有較大的影響。收縮段進(jìn)出口部分的曲線變化應(yīng)緩慢些，以穩(wěn)定流場(chǎng)。</p><p><b>　　(2) 穩(wěn)定段</b></p><p>　　整流段也叫穩(wěn)定段，裝有蜂窩器和阻尼網(wǎng)，它的功能是將來(lái)流進(jìn)入收縮段前有足夠的時(shí)間來(lái)調(diào)整它的均勻性和紊流度，使進(jìn)入試驗(yàn)段的水流力求平直均勻。資料表明，歐洲

37、一些國(guó)家整流段比較長(zhǎng)，與試驗(yàn)段比例幾乎1：1 整流段長(zhǎng)，相對(duì)流場(chǎng)的均勻性好，英國(guó)NPL國(guó)家物理實(shí)驗(yàn)室水槽的比值為1：0.5。而日本一些水槽整流段很短，與試驗(yàn)段相比是1：6左右。試驗(yàn)段的流場(chǎng)不均勻性，紊流度較差，不均勻度2%，紊流度在1%到1.9%。</p><p>　　蜂窩器的作用是將大漩渦割裂成小漩渦，導(dǎo)直水流，消除水流中的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)及減少橫向流動(dòng)，使水流的方向與試驗(yàn)段軸線一致。整流器的長(zhǎng)度越長(zhǎng)越好。但長(zhǎng)度的增加

38、，使水流的磨擦損失增加。</p><p>　　阻尼網(wǎng)在蜂窩器之后，水流在穩(wěn)定段中進(jìn)一步衰減，然后通過(guò)收縮段，流速又增大、紊流度降低。 阻尼網(wǎng)的網(wǎng)孔數(shù)（ 即目數(shù)）越多，對(duì)降低紊流度的效果越好。 但對(duì)水流磨擦損失就越大，阻力增加，影響水流速度的提高。由于水槽研究課題不同，往往采用不同目孔和層數(shù)的阻尼網(wǎng)。</p><p><b>　　(3) 擴(kuò)散段</b></p>

39、;<p>　　擴(kuò)散段的作用是把水流的動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)閴耗?，既降低能量損失，又利于水流的穩(wěn)定。 而影響壓能效率的主要因素是擴(kuò)散角的大小。此外，管道的截面形狀也起一定因素。 實(shí)驗(yàn)證明，圓截面擴(kuò)壓效果比長(zhǎng)方形、矩形的好。</p><p>　　不裝擴(kuò)散段的水槽泵的提供水動(dòng)力能量要比裝有擴(kuò)散段的水槽大。 而這些能量，除了水流自身具有的壓能外，其余全靠泵提供。</p><p>　　1.5 本論

40、文研究?jī)?nèi)容</p><p>　　1）循環(huán)水槽總體方案設(shè)計(jì)。</p><p>　　2）循環(huán)水槽結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。</p><p>　　2. 臥式循環(huán)水槽總體方案設(shè)計(jì)</p><p><b>　　2.1工作段</b></p><p>　　工作段的流場(chǎng)要均勻,工作段的長(zhǎng)度一般為船模長(zhǎng)度的3倍。以常用船模2-3m

41、為例,一般試驗(yàn)段的長(zhǎng)度6-7m即可。本循環(huán)水槽工作段長(zhǎng)度取6m</p><p>　　槽體寬度為船模寬度的5倍左右。比如水面運(yùn)輸船船模的寬度在0.4-0.5m之間，工作段寬度應(yīng)該在2.0-2.5m。但是根據(jù)資料得知：水槽工作段的寬度滿足不了這個(gè)條件,只有拖曳船模水池能遵循這個(gè)條件。本水槽寬度選小。取1.6m。</p><p>　　槳模直徑要離水面、水下各為1.5d，d為螺旋槳直徑。以螺旋槳模

42、=250mm為例,工作段深度1.0m即可,考慮到其它試驗(yàn)，本水槽深度取為1.45m。</p><p>　　圖2.1 寬度和深度選取示意圖</p><p>　　船模最大吃水為T。國(guó)外循環(huán)水槽水深取1.8到20倍最大船模吃水,拖曳水池取20倍船模最大吃水。本水槽取9T為0.9m。</p><p>　　斷面深度的選取與流速有關(guān),要使表面興波不受水深影響,為此英國(guó)NPL提出

43、深度佛魯?shù)聰?shù)V/﹤0.55,而田古里哲夫認(rèn)為V/＜0.6即可。本水槽取水深H=0.9米,所以本水槽流速選取Vmax=1.75m/s 。此時(shí)，V/=0.58，滿足條件。從阻塞限制來(lái)看,按照《低速風(fēng)洞設(shè)計(jì)規(guī)范》中規(guī)定,即模型的迎面面積與洞體工作段截面積之比不超過(guò)5%。對(duì)照本水槽試驗(yàn)段截面積為1.6×0.9米,若模型斷面直徑式=300mm,則它們的比值不超過(guò)3%;若比值按照5%計(jì)算,則模型斷面直徑可以放寬到400mm。</p&

44、gt;<p>　　反映水槽規(guī)模的主要技術(shù)參數(shù)：工作段的流速V，斷面積A,雷諾數(shù)以及功率P。</p><p>　　雷諾數(shù)的公式（2-1）計(jì)算：</p><p>　　=Vd/v (2-1)</p><p>　　式中：d-----管道直徑，m；</p><

45、p>　　V-----流速，m/s</p><p>　　v-----水的運(yùn)動(dòng)粘性系數(shù)，</p><p>　　工作段功率P公式（2-2）計(jì)算：</p><p>　　P==9.81QH （2-2）</p><p>　　式中：P-----功率</p><p

46、>　　Q-----工作段的流量，/s</p><p>　　H-----總水頭，mm</p><p>　　r-----水的比重，N/</p><p>　　水槽的基本部件包括工作段、整流段、收縮段、擴(kuò)散段、動(dòng)力段、拐角及導(dǎo)流片 1.整流段 2.收縮段 3.工作段 4.第一拐角段 5.動(dòng)力段 6.擴(kuò)散段 7.第3、4拐角段</p>&l

47、t;p>　　圖2.2水槽基本部件</p><p>　　循環(huán)水槽的水流是無(wú)限循環(huán)的。船模試驗(yàn)應(yīng)在無(wú)邊界層影響的無(wú)限水流中進(jìn)行。工作段要有個(gè)較均勻穩(wěn)定的流場(chǎng),所以在收縮段的出口處和第一拐角的水流流向,都要留有一定的長(zhǎng)度。</p><p>　　觀察窗要寬暢、明亮,為了可以更好的進(jìn)行水流流動(dòng)的觀察,要把模型試驗(yàn)的過(guò)程記錄下來(lái)</p><p>　　還要配合照相、錄像等現(xiàn)

48、代攝影手段,工作段的兩側(cè)選取大玻璃：1×0.8×0.014(m)6塊，槽底用照明0.8×0.7×0.018(m)3塊。</p><p><b>　　2．2收縮段</b></p><p>　　收縮段是循環(huán)水槽的重要部件之一，流場(chǎng)品質(zhì)的好壞影響著水槽試驗(yàn)的結(jié)果。它的作用是將上游穩(wěn)定段來(lái)流加速,使工作段流速達(dá)到需要的試驗(yàn)速度。提高水流

49、的均勻性、穩(wěn)定性、降低湍流度。</p><p>　　收縮比、收縮段長(zhǎng)度、收縮曲線三個(gè)因素決定著收縮段性能的優(yōu)劣。收縮比就是收縮段進(jìn)口面積與出口面積之比。其中收縮比由工作段流場(chǎng)品質(zhì)要求和經(jīng)濟(jì)性之間協(xié)調(diào)確定,收縮段的長(zhǎng)度則希望盡可能短,收縮曲線的形狀須使流動(dòng)不發(fā)生邊界層分離和局部空穴。</p><p>　　收縮比對(duì)工作段水流的均勻性可以用下列公式簡(jiǎn)單的列出：</p><p&

50、gt;<b>　　(2-3)</b></p><p>　　和分別代表收縮段進(jìn)口和出口截面處水流的平均速度，和分別表示在收縮段進(jìn)口截面A點(diǎn)和出口截面B點(diǎn)的不均勻量。</p><p>　　上面的公式可以說(shuō)明的一點(diǎn)就是工作段水流的不均勻度減小為倍。</p><p>　　在流體試驗(yàn)過(guò)程中，如果雷諾數(shù)小于某一臨界值的時(shí)候，流動(dòng)是平滑的，相鄰的流體層彼此有

51、序的流動(dòng)，這種流動(dòng)稱為層流。當(dāng)雷諾數(shù)大于臨界值時(shí)，就會(huì)發(fā)生一系列復(fù)雜的變化，會(huì)導(dǎo)致流動(dòng)特征的本質(zhì)變化，流動(dòng)呈現(xiàn)無(wú)序的混亂狀態(tài)。這個(gè)時(shí)候，即使是邊界條件保持不變，流動(dòng)也是不穩(wěn)定的，速度等流動(dòng)特性都隨機(jī)變化，速度值的脈動(dòng)性很強(qiáng)，這種狀態(tài)稱為湍流。收縮段要降低水流的湍流度。</p><p>　　收縮曲線對(duì)水槽流場(chǎng)性能的影響：</p><p>　　圖2.3 收縮段曲線</p>&l

52、t;p>　　收縮段曲線如圖2.3所示,收縮段上表面是平的,兩側(cè)和底部收縮。采用的收縮曲線有：</p><p>　　維氏(Witozinsky)曲線：</p><p><b>　?。?-4）</b></p><p>　　不同拐點(diǎn)的五次曲線：</p><p>　　a. /L=0.4時(shí)，</p><

53、;p><b>　　（2-5）</b></p><p><b>　?。?-6）</b></p><p>　　b. /L=0.5時(shí)，</p><p><b>　?。?-7）</b></p><p><b>　　（2-8）</b></p>

54、<p>　　不同拐點(diǎn)處的雙三次曲線</p><p>　?、?</p><p>　?、?＞ (2-9)</p><p>　　其中=0.4或0.6</p><p>　　當(dāng)流動(dòng)進(jìn)入收縮段后，壁面壓力稍稍上升，而流動(dòng)加速后，壓力下降?？赡苁且?yàn)橐毫骷铀?/p>

55、后，比如說(shuō)某一處壁面，液流存在這一處的時(shí)間小了，相互作用時(shí)間短。所以其壓力下降。在接近出口處的時(shí)候，產(chǎn)生過(guò)沖，底部角點(diǎn)處速度過(guò)沖最為嚴(yán)重。就是在入口和出口附近，都存在逆壓梯度，因而邊界層有分離的可能。在出口處壓力最小值特別低時(shí)，可能產(chǎn)生局部空穴。維氏曲線在入口處有明顯的壓力上升，但在出口處幾乎不存在速度過(guò)沖，因?yàn)榍€前部急劇收縮。不同拐點(diǎn)的五次曲線和不同拐點(diǎn)的雙三次曲線均存在一事實(shí)上的出口速度過(guò)沖，其中系數(shù)為0.6的雙三次曲線的出口速度

56、過(guò)沖最為明顯。</p><p><b>　　2．3 整流段</b></p><p>　　整流段也叫穩(wěn)定段。裝有整流格（蜂窩器）和阻尼網(wǎng)。</p><p>　　西方一些國(guó)家的水槽整流段與工作段1：1，甚至超過(guò)工作段長(zhǎng)度。一些國(guó)家的水槽整流段就比較短,與工作段相比在1：6左右,穩(wěn)定段與工作段相比，選的太小的話，湍流度較高，流場(chǎng)不均勻性較差。本水槽在

57、保證收縮段和試驗(yàn)段足夠長(zhǎng)的情況下,整流段盡量長(zhǎng)一些。試驗(yàn)段選定6m，所以穩(wěn)定段選定4m</p><p>　　整流格（蜂窩器）功能是將來(lái)流的大漩渦,通過(guò)整流格切割成小旋渦,導(dǎo)直來(lái)流,消除來(lái)流璇轉(zhuǎn)和減少水流橫向方向的流動(dòng),使水流的流線方向與水槽工作段的軸線方向一致。</p><p>　　整流格有正方形、六角形和圓形三種形式。六角形蜂窩器效果最好,因?yàn)閾p失最小。其次是正方形,圓形最差。正方形格子

58、的大小,一般用整流格的框長(zhǎng)度來(lái)確定。整流格的框長(zhǎng)度為：L/M。M為方格子長(zhǎng)度,一般L/M取6-8。由于上述確定了整流段長(zhǎng)度為4米。所以方格子長(zhǎng)度取為0.5米。</p><p>　　整流格的框長(zhǎng)度越長(zhǎng),減少橫向水流流動(dòng)的效果越好。但隨著框長(zhǎng)度的增加,水流的摩擦損失增加。</p><p>　　本水槽采用400μ厚的環(huán)氧樹脂板, M=50×50(mm)的正方形整流格。為了防止腐蝕,在加

59、工整流格邊框時(shí),采用不銹鋼板折邊焊接而成。這樣做的好處一方面表現(xiàn)在重量輕了,又便于維修。</p><p>　　正方形 六角形 圓形</p><p>　　圖2.4 整流格（蜂窩器）</p><p>　　阻尼網(wǎng)在整流格之后,水流通過(guò)穩(wěn)定段進(jìn)一步衰減,又通過(guò)收縮段再增加流速。阻尼網(wǎng)的網(wǎng)孔越小

60、,對(duì)降低工作段水流的湍流度效果越好,但增加了摩擦阻力的損失。</p><p><b>　　2．4 拐角導(dǎo)流片</b></p><p>　　水流在槽體內(nèi)做的圓周運(yùn)動(dòng)。水流經(jīng)過(guò)四個(gè)的轉(zhuǎn)角及導(dǎo)流片來(lái)實(shí)現(xiàn)工作段的水流均勻穩(wěn)定。拐角的水流阻力損失為總阻力損失的40%-60%,如果拐角導(dǎo)流片的性能不好,水流會(huì)出現(xiàn)分離或“二次流”。而由于三、四拐角的水流方向是流向工作段的,因此三、

61、四導(dǎo)流片的布置和性能比一、二拐角更重要。</p><p><b>　　圖2.5拐角導(dǎo)流片</b></p><p>　　彎管形式有半圓形彎管和直角彎管兩種,導(dǎo)流片分機(jī)翼剖面型、圓弧剖面型、圓弧直邊剖面型三種類型（如圖2.5）。從流場(chǎng)的穩(wěn)定性來(lái)看,在不安裝導(dǎo)流片的情況下,圓形彎管要優(yōu)于直角彎管,但當(dāng)安裝導(dǎo)流片來(lái)改善流場(chǎng)的情況下,彎管形式對(duì)流場(chǎng)的影響就不足很明顯。因?yàn)榉叫螐?/p>

62、管能充分利用場(chǎng)地,且加工簡(jiǎn)單,本水槽采用方形彎管形式。機(jī)翼剖面型較圓弧直邊剖面型和圓弧剖面型是最好的,因?yàn)楣战堑膿p失系數(shù)最小，但加工工藝復(fù)雜。圓弧直邊剖面型次之,圓弧剖面型最差。本水槽采用機(jī)翼剖面型。導(dǎo)流片內(nèi)密外疏呈等差數(shù)列排列時(shí),出口的速度均勻性要優(yōu)于其他,因此本水槽導(dǎo)流片在彎管中安裝都采用內(nèi)密外疏,間距呈等差數(shù)量排列的形式。</p><p>　　機(jī)翼剖面型 圓弧剖面型

63、 圓弧直邊剖面型</p><p>　　圖2.6 導(dǎo)流片剖面形狀</p><p>　　由于曲率的影響，彎道內(nèi)會(huì)出現(xiàn)垂直于主流的二次流，并形成尺度很大的橫向旋渦。橫向渦的大小、位置以及發(fā)生的頻率會(huì)造成出口速度偏轉(zhuǎn)。不設(shè)置導(dǎo)流片的時(shí)候，不論彎管是半圓形的，還是方形的，出口速度都會(huì)在某些區(qū)域發(fā)生偏移。但從偏移的程度上看，圓形彎管在中間部分流場(chǎng)還算比較均勻的，但是在4個(gè)端點(diǎn)周圍區(qū)域發(fā)生偏轉(zhuǎn)

64、。方形彎管就不只4個(gè)端點(diǎn)周圍區(qū)域發(fā)生偏轉(zhuǎn)，出口的中間部位也存在速度偏移現(xiàn)象。在方形彎管裝上導(dǎo)流片，導(dǎo)流片內(nèi)密外疏等差數(shù)列排列時(shí)，出口的流場(chǎng)最為理想。均布導(dǎo)流片和外密內(nèi)疏等差數(shù)列排列時(shí)，出口的流場(chǎng)也優(yōu)于不設(shè)置導(dǎo)流片的情況。所以，導(dǎo)流片對(duì)流場(chǎng)的均勻性起到非常明顯的積極作用。</p><p>　　導(dǎo)流片如果分布均勻，彎管處的壓力梯度從外側(cè)向內(nèi)側(cè)逐漸增大，將彎管內(nèi)測(cè)導(dǎo)流片排列加密來(lái)減小彎管內(nèi)測(cè)壓力梯度，效果比較好。而外測(cè)

65、導(dǎo)流片片排列加密，減小彎管內(nèi)測(cè)壓力梯度，效果不明顯。</p><p><b>　　2．5 擴(kuò)散段</b></p><p>　　擴(kuò)散段的作用是把水流的動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)閴耗?既降低能量損失,又利于水流的穩(wěn)定。而影響壓能效率的主要因素是擴(kuò)散角的大小。管道的截面形狀也起到一定的影響。圓截面的擴(kuò)壓效果比矩形的要好。經(jīng)驗(yàn)證明一般擴(kuò)散角在-之間比較合理,本水槽的擴(kuò)散角采用。</p&

66、gt;<p><b>　　2．6動(dòng)力段</b></p><p>　　驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選擇一國(guó)內(nèi)外已建成的循環(huán)水槽每立方米所消耗功率（表1）為參照來(lái)估算電動(dòng)機(jī)功率。</p><p>　　表1 國(guó)內(nèi)外水槽每立方米消耗功率估算</p><p>　　本水平循環(huán)水槽工作段寬b=1.6m,水深h=0.9m, =1.75m/s,計(jì)算流量Q=b

67、5;h×v=1.6×0.9×1.75=2.52/s。</p><p>　　以已建成的廣東省航運(yùn)科學(xué)研究所循環(huán)水槽為參考，計(jì)算電機(jī)功率為：</p><p>　　（取50Kw，留有余量），選用YCT系列50Kw電磁調(diào)速電機(jī)。</p><p>　　選用YCT系列電磁調(diào)速電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)的恒定扭矩為414，本水槽螺旋槳推力為=1330.4Kg，扭

68、矩=1818.5,為了讓扭矩達(dá)到1818.5。必須串入ZD25型,縮比1:4.5減速機(jī)。</p><p>　　軸流泵工作條件是揚(yáng)程小、流量大、比轉(zhuǎn)數(shù)高達(dá)3000以上,而軸流泵的定型產(chǎn)品中比轉(zhuǎn)數(shù)只有1000左右。如果在循環(huán)水槽中使用這樣的軸流泵,不僅效率低,而且將產(chǎn)生氣蝕。為了滿足比轉(zhuǎn)數(shù)的要求,采用導(dǎo)管螺旋槳做軸流泵葉片。</p><p><b>　　2．7 消波裝置</b&

69、gt;</p><p>　　駐波是指水在水槽中作循環(huán)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，在工作段自由水表面會(huì)產(chǎn)生一種波峰和波谷位置固定的波。其波長(zhǎng)和波高隨流速而變化。</p><p>　　工作段中水自由表面的興波分亞臨界、臨界和超臨界三種情況。劃分是由深度佛魯?shù)聰?shù)V/和截面比K=A/BH的相對(duì)大小來(lái)決定。對(duì)于矩形水槽,K=1,這時(shí)=1為臨界狀況,在V/=0.9-1.2范圍內(nèi),由于駐波的擾動(dòng),進(jìn)行試驗(yàn)是不可能的：V

70、/≤0.55時(shí)開始產(chǎn)生駐波,隨V/的增大,其波高迅速增大,因而V/≤0.5時(shí)可避免駐波的產(chǎn)生。</p><p>　　循環(huán)水槽其流速在1m/s以下時(shí),水面比較平緩,可是當(dāng)流速超過(guò)1m/s時(shí),在水面就產(chǎn)生波動(dòng),出現(xiàn)紊亂。在工作段自由液面處,隨著流速的增力,波動(dòng)加劇,即駐波的波長(zhǎng)和波高增大,從而可以認(rèn)為這種波的形成是由水從收縮段流向具有敞開的自由液面的工作段時(shí),出口處的壓力與大氣壓力之差所引起的。當(dāng)流速增加,出口處的壓

71、力差增大,則波高增高,波長(zhǎng)也隨之加長(zhǎng)。與此同時(shí),水面上游與下游產(chǎn)生傾斜。</p><p>　　在船舶模型阻力試驗(yàn)中,由于駐波的存在,其阻力的變化達(dá)到全阻力的10%,為此要盡可能地減小波高,通常采用的是在收縮段出口處裝有一塊可調(diào)整角度的抑波板。</p><p>　　消波板一般可以采用矩形和鋸齒形兩種形狀。矩形抑波板的消波效果不如鋸齒形。抑波板與水面的相對(duì)位置對(duì)駐波影響較大,直接影響著消波的效

72、果。當(dāng)流速在1.6m/s以下鋸齒形抑波板安裝角為,消波效果為60%左右。這種效果可解釋為：裝有抑波板后,使該板以上的負(fù)壓變小,用調(diào)整角度使得該負(fù)壓減到最小。負(fù)壓就是收縮段出口處的壓力和大氣壓力之差。矩形抑波板在時(shí)出口處產(chǎn)生很大水躍,水面波高也比較大,但水面很光無(wú)鱗。在角位置時(shí),水躍消失,出現(xiàn)左右約的交錯(cuò)鱗水紋,這種鱗出現(xiàn)使水面擾動(dòng)很大。所以單用改變安裝角度來(lái)減少波高的方法,效果是微小的。</p><p>　　為了

73、更有效地減少這種駐波,另一種方法就是能同時(shí)產(chǎn)生波長(zhǎng)為不同相位差的兩個(gè)波,也就是相差1/2波長(zhǎng)的兩個(gè)波疊加后會(huì)使波高減少,根據(jù)這種疊加理論,我們選用長(zhǎng)度為1500mm，齒長(zhǎng)為300mm，牙尖與牙底相距300mm，厚度為15mm的鋸齒形抑波板。</p><p><b>　　2．8 水動(dòng)力性能</b></p><p>　　（1）流場(chǎng)品質(zhì)：沿橫截面流速分布的均勻性和流速穩(wěn)定性

74、</p><p>　　在工作段內(nèi)獲得均勻而穩(wěn)定的流場(chǎng)對(duì)循環(huán)水槽而言是最重要的。為什么沿橫截面上的流速會(huì)出現(xiàn)不均勻情況，是因?yàn)楣ぷ鞫蔚乃饔捎谠谑湛s段出口處形成的邊界層而會(huì)引起水面附近流速降低，彎曲部分的離心力作用使流動(dòng)偏移，隨著水泵葉輪的旋轉(zhuǎn)造成流線的扭曲等等所造成的。為了能了解工作段的流速分布，前輩們發(fā)明了精確、可靠而簡(jiǎn)便的流速儀。比如：普通皮托管、五孔皮托管、熱絲或熱膜測(cè)速計(jì)和激光測(cè)速計(jì)等。</p>

75、;<p>　　流速不穩(wěn)定性是指水槽長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行中流速的變化率，對(duì)于循環(huán)水槽這是一個(gè)重要性能指標(biāo)。水從收縮段進(jìn)入工作段時(shí)，收縮段頂部壁面的邊界層構(gòu)成工作段自由水表面的一層流體，這一層流體，它的流速是比較低的，但它實(shí)實(shí)在在的影響了工作段速度分布的均勻性。</p><p>　　為了改善這種垂向分布的不均勻性，在收縮段出口處的頂部采取加速噴嘴，從而使水流加速。</p><p><

76、b>　?。?）湍流度的大小</b></p><p>　　湍流度反映湍流脈動(dòng)速度的大小，它是隨流速的增減而變化的。</p><p>　　對(duì)于水槽必須考慮湍流度對(duì)臨界雷諾數(shù)的影響。增加湍流度的影響和增加雷諾數(shù)的影響是等效的。</p><p>　　起先發(fā)現(xiàn)可以用湍流度作為風(fēng)洞或水槽的水動(dòng)力的性能的衡量，是因?yàn)樵诓煌娘L(fēng)洞測(cè)試中，測(cè)出了不同的園球阻力系數(shù)。

77、循環(huán)水槽的湍流度較拖曳水池而言是較大的。一方面是因?yàn)閿_動(dòng)較大，另一方面就消耗功率較多。在這樣大的湍流度的情況下，層流將突然轉(zhuǎn)為湍流。因?yàn)闆](méi)有過(guò)渡區(qū)，所以無(wú)法對(duì)層流轉(zhuǎn)為湍流的過(guò)渡情況進(jìn)行研究。但有一個(gè)好處就是有利于船模與實(shí)船的粘性力相似。</p><p>　?。?）水面傾斜度和興波狀況</p><p>　　興波狀況在消波裝置確定中已有介紹，在這不再說(shuō)明。</p><p&g

78、t;　　我們能做的就是盡量減小駐波的影響，要完全消除駐波是不可能的。因?yàn)檠h(huán)水槽工作段的水深，抑波板的長(zhǎng)度和形狀，抑波板和水面的相對(duì)位置，收縮段的形狀等等都是影響駐波的主要因素。</p><p>　　工作段水面傾斜是由于壁面摩擦引起沿程水頭損失所致，大致與流速的平方成正比，也就是它將隨不同的試驗(yàn)條件而發(fā)生變化。當(dāng)工作段底部為水平時(shí)，在＜0.4范圍內(nèi)，佛像度可近似用下式來(lái)估計(jì)：</p><p&g

79、t;<b>　　(2-10)</b></p><p>　　其中 C------系數(shù)</p><p>　　m------水流平均深度</p><p>　　v------水流速度</p><p>　　g------重力加速度</p><p>　　循環(huán)水槽在流速小于1米/秒，水表面有一點(diǎn)點(diǎn)斜度

80、；如果流速度高的時(shí)候，水表面會(huì)向下傾斜，但由于駐波與喘振存在，測(cè)得比較精確的平均水面斜度值是比較困難的。</p><p>　　（4）水中的氣泡含量和水的透明度</p><p>　　模型的擾動(dòng)，水面的波動(dòng)和旋渦等都會(huì)將氣泡吸入水中，從而影響了水的透明度和測(cè)試的精確度。水流速度在1.6米/秒以下一般可以避免這種現(xiàn)象、隨著流速加大，情況將趨于嚴(yán)重。因?yàn)橐环矫嬉M量避免吸入氣泡，另一方面應(yīng)將水中已

81、有的氣泡在進(jìn)入工作段之前排出。</p><p>　　用可逆式循環(huán)過(guò)濾裝置可保證水的透明度。</p><p>　　2．9 流速控制和檢驗(yàn)系統(tǒng)</p><p><b>　　（1）系統(tǒng)組成</b></p><p>　　流速控制與檢測(cè)系統(tǒng)由流速調(diào)節(jié)器、流速反饋裝置、流速儀、速度調(diào)節(jié)器、速度反饋裝置、電流調(diào)節(jié)器、電流反饋裝置、觸發(fā)

82、器等構(gòu)成．</p><p><b>　?。?）工作原理</b></p><p>　　當(dāng)實(shí)際流速小于流速給定值時(shí)，流速調(diào)節(jié)器(P1調(diào)節(jié)器)的輸出上升 而流速調(diào)節(jié)器的輸出為速度調(diào)節(jié)器的輸入，從而在直流調(diào)速系統(tǒng)的作用下，直流電機(jī)轉(zhuǎn)速增加，使流速上升．當(dāng)流速升到與流速給定值相等時(shí)，流速調(diào)節(jié)器輸出穩(wěn)定在某一數(shù)值上，電機(jī)轉(zhuǎn)速也穩(wěn)定在某一轉(zhuǎn)速上，因而流速也穩(wěn)定在與給定對(duì)應(yīng)的數(shù)值上．

83、如果由于某種原因．使流速大于流速給定值，則流速調(diào)節(jié)器輸出下降，電機(jī)轉(zhuǎn)速下降，流速也隨之下降．當(dāng)流速降到與給定值相等時(shí)，流速調(diào)節(jié)器輸出停止下降而穩(wěn)定在某一數(shù)值上，電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行，流速就穩(wěn)定在給定值相對(duì)應(yīng)的數(shù)值上。</p><p><b>　　2．10 本章小結(jié)</b></p><p>　　本章主要進(jìn)行了循環(huán)水槽基本參數(shù)的選定，介紹了水槽基本部件的作用及選取情況，水槽的水動(dòng)

84、力性能表現(xiàn)的4個(gè)方面，流速控制及檢驗(yàn)系統(tǒng)構(gòu)成及工作原理</p><p>　　3．臥式循環(huán)水槽結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p><b>　　3．1循環(huán)水槽激振</b></p><p>　　螺旋槳引起的激振力可以分為軸頻激振力和葉頻激振力或倍葉頻激振力兩類：</p><p><b>　?。?）軸頻激振力</b>

85、</p><p>　　軸頻激振力是由螺旋槳的機(jī)械不平衡引起的，就是螺旋槳的激振頻率等于槳軸轉(zhuǎn)速的一階激振力；</p><p>　?。?）葉頻激振力或倍葉頻激振力</p><p>　　中頻激振力或倍葉頻激振力是由螺旋槳在不均勻流場(chǎng)中工作引起的。激振頻率等于槳軸轉(zhuǎn)速n乘以槳葉數(shù)z或槳葉數(shù)倍數(shù)。</p><p>　　循環(huán)水槽激振力需要考慮軸頻、葉頻

86、及倍葉頻三種。</p><p><b>　　螺旋槳軸頻公式：</b></p><p><b>　　(3-1)</b></p><p>　　式中： f-----頻率</p><p>　　N-----螺旋槳槳軸轉(zhuǎn)速。</p><p>　　比如：如果螺旋槳的軸速為160rad/

87、min。那么此時(shí)螺旋槳軸頻f=2.67Hz;螺旋槳槳葉有4葉，則螺旋槳的葉頻為10.68Hz,倍葉頻為21.36Hz;</p><p>　　3．2 螺旋槳基本參數(shù)</p><p>　　型號(hào)：Ka4-55 </p><p><b>　　直徑：1300mm</b></p><p>　　盤面比：/=0.55</p>

88、<p>　　螺距比：H/D=1.32</p><p><b>　　傾角：</b></p><p><b>　　葉角：4</b></p><p>　　轂徑比：/D=0.17</p><p><b>　　材料：錳黃銅</b></p><p>　

89、　3．3 螺旋槳推力與扭矩計(jì)算</p><p>　　對(duì)于不可壓縮和均勻介質(zhì)流體,各截面上流體密度相等,即。</p><p><b>　　根據(jù)如下公式：</b></p><p><b>　?。?-2）</b></p><p>　　式中： Q-----流體流量；</p><p>

90、;　　-----流體密度；</p><p>　　V-----流體流速；（1、2表示不同截面處流體）。</p><p>　　推得出不可壓縮均勻介質(zhì)流體連續(xù)方程：</p><p>　　螺旋槳推力的估算利用公式（3-3）計(jì)算：</p><p><b>　?。?-3）</b></p><p>　　式中：

91、-----軸系效率；</p><p>　　-----電機(jī)功率，英馬力：</p><p>　　-----螺旋槳進(jìn)速。</p><p>　　螺旋槳扭矩估算采用公式（3-4）計(jì)算：</p><p><b>　　(3-4)</b></p><p>　　式中： -----電機(jī)功率，英馬力。</p>

92、;<p>　　水槽工作段寬度為1.6m,高度為1.45m，最大水流速度為1.75m/s，螺旋槳導(dǎo)管直徑為1.3m，計(jì)算螺旋槳進(jìn)速=3.1m/s。</p><p><b>　　因此得： </b></p><p><b>　　螺旋槳推力：=</b></p><p><b>　　螺旋槳扭矩：</b&

93、gt;</p><p><b>　　2．4 空泡條件</b></p><p>　　不發(fā)生空泡的最小盤面比為：</p><p><b>　?。?-5）</b></p><p>　　式中： D-----螺旋槳直徑；</p><p>　　-----螺旋槳收到的馬力；</p&g

94、t;<p>　　n------螺旋槳轉(zhuǎn)速；</p><p>　　------螺旋槳沉沒(méi)處壓強(qiáng)；</p><p>　　-----汽化壓強(qiáng)，取為174kgf/；</p><p>　　R-----螺旋槳半徑；</p><p>　　-----淡水的重度，取為1000kgf/</p><p><b>　　

95、2．5 強(qiáng)度校核</b></p><p>　　0．25R剖面處槳葉厚度t不得小于按下式計(jì)算之值：</p><p><b>　?。?-6）</b></p><p>　　式中： D-----螺旋槳直徑；</p><p>　　-----電機(jī)功率（英馬力）；</p><p>　　b------

96、弦長(zhǎng)；</p><p>　　------額定轉(zhuǎn)速；</p><p>　　K------系數(shù)，取為1；</p><p><b>　　------傾角；</b></p><p>　　葉梢處厚度應(yīng)小于式：</p><p><b>　　(3-7)</b></p><

97、;p><b>　　2．6 壁厚設(shè)計(jì)</b></p><p>　　我們?cè)趯?duì)管道部件的結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí)需要進(jìn)行三部分的計(jì)算。第一部分是槽道部件壁厚的計(jì)算、第二部分是加強(qiáng)筋的設(shè)計(jì)、第三部分是工作段玻璃結(jié)構(gòu)計(jì)算及水槽固有頻率的計(jì)算。本文主要介紹槽道部件壁厚的計(jì)算及加強(qiáng)筋的計(jì)算這兩部分。對(duì)于工作段玻璃結(jié)構(gòu)計(jì)算及水槽固有頻率的計(jì)算這一部分內(nèi)容，由于本人的能力有限，將不再在本文中介紹。</p>

98、<p><b>　?。?）強(qiáng)度理論</b></p><p>　　人們對(duì)材料破壞現(xiàn)象進(jìn)行分析后提出不同的假說(shuō)，認(rèn)為材料的某一類型的破壞是由某種因素引起的，稱為強(qiáng)度理論。如果要設(shè)計(jì)出合適的壁厚，則要考慮槽道應(yīng)力是否處于允許范圍之內(nèi)。依據(jù)就是強(qiáng)度理論建立起來(lái)的材料強(qiáng)度條件。</p><p>　　材料的破壞按物理實(shí)質(zhì)分脆斷和屈服兩類形式。如果以脆斷做為破壞指標(biāo)的

99、，則為第一類強(qiáng)度理論。以屈服做為破壞指標(biāo)的，為第二類強(qiáng)度理論。常用的強(qiáng)度理論有：最大應(yīng)力理論、最大主應(yīng)變理論、最大剪應(yīng)力理論、變形能理論。最大應(yīng)力理論和最大主應(yīng)變理論屬于第一類強(qiáng)度理論。最大剪應(yīng)力理論、變形能理論屬于第二類強(qiáng)度理論。</p><p><b>　　1）最大應(yīng)力理論</b></p><p>　　最大應(yīng)力理論也叫第一強(qiáng)度理論。如果作用在構(gòu)件上的外力過(guò)大，危險(xiǎn)

100、點(diǎn)處的材料就會(huì)沿最大拉應(yīng)力所在截面發(fā)生脆斷破壞。因?yàn)榇鄶嗥茐牡脑蚴亲饔迷跇?gòu)件上的外力過(guò)大，這是分析點(diǎn)。因此所作的假說(shuō)是：最大拉應(yīng)力是引起材料脆斷破壞的因素；換一種說(shuō)法就是不管材料處于什么樣的應(yīng)力狀態(tài)，一旦最大應(yīng)力達(dá)到材料單向拉伸斷裂時(shí)的最大應(yīng)力值，材料就會(huì)發(fā)生斷裂破壞。</p><p>　　第一強(qiáng)度理論建立的強(qiáng)度條件：</p><p><b>　　(3-8)</b>

101、</p><p>　　式中 -------最大應(yīng)力（Mpa）</p><p>　　-----材料的脆斷容許應(yīng)力（Mpa）</p><p>　　必須為拉應(yīng)力。在沒(méi)有拉應(yīng)力的三向壓縮應(yīng)力狀態(tài)下是不能采用第一強(qiáng)度理論來(lái)建立強(qiáng)度條件的。</p><p><b>　　2）最大主應(yīng)力理論</b></p><

102、p>　　最大主應(yīng)力理論又叫第二強(qiáng)度理論。如果作用在構(gòu)件上的外力過(guò)大時(shí)，危險(xiǎn)點(diǎn)處的材料就會(huì)沿最大伸長(zhǎng)線應(yīng)變的方向發(fā)生脆斷破壞。因?yàn)榘l(fā)生脆斷破壞的原因是最大伸長(zhǎng)線應(yīng)變力在構(gòu)件上的作用過(guò)大，這是分析點(diǎn)。所以所作的假說(shuō)是：最大伸長(zhǎng)線應(yīng)變是引起材料脆斷破壞的因素。換一種說(shuō)法就是不管材料處于何種應(yīng)力狀態(tài)，一旦主應(yīng)變達(dá)到材料單向拉伸時(shí)的最大應(yīng)變值，材料就會(huì)發(fā)生斷裂破壞。</p><p>　　第二強(qiáng)度理論建立的強(qiáng)度條件：&

103、lt;/p><p><b>　　(3-9)</b></p><p>　　式中 -----最大主應(yīng)力</p><p>　　-----材料的泊松比</p><p>　　-----第二主應(yīng)力</p><p>　　-----第三主應(yīng)力</p><p>　　-----材料的容許拉

104、應(yīng)力</p><p><b>　　3）最大剪應(yīng)力理論</b></p><p>　　最大剪應(yīng)力理論又叫第三強(qiáng)度理論。如果作用在構(gòu)件上的外力過(guò)大時(shí)，危險(xiǎn)點(diǎn)處的材料就會(huì)沿最大剪應(yīng)力所在截面發(fā)生滑移而發(fā)生屈服破壞。對(duì)屈服破壞原因所作的假說(shuō)是：最大剪應(yīng)力是引起材料屈服破壞的因素。換一種說(shuō)法就是不管材料處于何種應(yīng)力狀態(tài)，一旦最大剪應(yīng)力達(dá)到材料屈服時(shí)的最大剪應(yīng)力值，材料就會(huì)發(fā)生屈服

105、破壞。</p><p>　　第三強(qiáng)度理論建立的強(qiáng)度條件：</p><p><b>　　(3-10)</b></p><p>　　式中-----最大剪應(yīng)力</p><p>　　------最大主應(yīng)力</p><p>　　------最小主應(yīng)力</p><p>　　-----材

106、料的容許拉應(yīng)力</p><p>　　1：最小主應(yīng)力 2：第二主應(yīng)力 3：最大主應(yīng)力 4：最大剪應(yīng)力</p><p>　　圖3.1 第三強(qiáng)度的應(yīng)力圓</p><p>　　應(yīng)力圓是剪應(yīng)力和正應(yīng)力的關(guān)系圖。對(duì)壓力容器和壓力管道而言，其最小拉應(yīng)力為負(fù)值，因?yàn)楣艿纼?nèi)承受壓力，有的時(shí)候管道外也承受壓力。＞，第三強(qiáng)度理論在壓力容器和壓力管道強(qiáng)度計(jì)算應(yīng)用中，可以給出最大應(yīng)力

107、圓，從而給出最大剪應(yīng)力。因此，在復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下，當(dāng)最大剪應(yīng)力到達(dá)允許的極限值時(shí)，材料就會(huì)發(fā)生流動(dòng)破壞或塑性破壞。</p><p><b>　　4）變形能理論</b></p><p>　　變形能理論又叫第4強(qiáng)度理論。它對(duì)于屈服破壞原因所作的假說(shuō)是：形狀改變比能是引起材料屈服破壞的因素。換一種說(shuō)法就是：不管材料處于什么樣的應(yīng)力狀態(tài)，一旦其內(nèi)部積累的形狀改變比能達(dá)到了材料的

108、極限值，材料就會(huì)發(fā)生屈服破壞。</p><p>　　第4強(qiáng)度理論建立的強(qiáng)度條件：</p><p><b>　　(3-11)</b></p><p>　　式中------最大主應(yīng)力</p><p>　　-----第二主應(yīng)力</p><p>　　-----第三主應(yīng)力</p><p&

109、gt;　　-----材料的容許拉應(yīng)力</p><p>　　對(duì)處于復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下的構(gòu)件，用上述某一個(gè)強(qiáng)度理論的公式進(jìn)行強(qiáng)度校核的時(shí)候，我們要做好兩個(gè)方面的工作。第一個(gè)方面就是哪種應(yīng)力狀態(tài)下材料發(fā)生的破壞形式要與用的強(qiáng)度理論相對(duì)應(yīng)。另一個(gè)方面就是對(duì)于要計(jì)算的材料而言，我們確定的材料容許應(yīng)力要相等于能破壞該材料的極限應(yīng)力。如果這兩個(gè)方面其中一個(gè)不能滿足，那么就不能用強(qiáng)度理論公式對(duì)處于復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下的構(gòu)件進(jìn)行強(qiáng)度校核。&

110、lt;/p><p>　　不同材料會(huì)產(chǎn)生不同形式的破壞。哪怕是同一種材料，當(dāng)應(yīng)力狀態(tài)的類型不同時(shí)，破壞形式也可能不同。像低碳鋼、低合金鋼和不銹鋼，因具有良好的延性，破壞屬于屈服，故采用第三、第四強(qiáng)度理論。</p><p>　　不同的情況下要用不同的強(qiáng)度理論。如何選用正確，重要的是有關(guān)工程部門長(zhǎng)期積累的經(jīng)驗(yàn)，以及根據(jù)這些經(jīng)驗(yàn)制定的一整套計(jì)算方法和規(guī)定的容許應(yīng)力數(shù)值。</p><

111、p>　?。?） 壁厚計(jì)算中的相關(guān)問(wèn)題</p><p><b>　　一．壁厚附加量</b></p><p>　　壁厚附加量用符號(hào)C表示，壁厚附加量就是指在滿足理論壁厚后因?yàn)楦饕蛩氐挠绊懚~外增加的壁厚量。</p><p>　　1）壁厚負(fù)偏差鋼管在軋制過(guò)程中，其厚度是不可以完全一致的，必然有正、負(fù)偏差的存在。鋼管的厚度負(fù)偏差，用表示。<

112、/p><p>　　2）大氣腐蝕、化學(xué)腐蝕、高溫氧化、電位差腐蝕等原因造成壁厚減薄，會(huì)削弱強(qiáng)度。所以，在設(shè)計(jì)過(guò)程中也要考慮腐蝕裕度。腐蝕裕度用表示。</p><p>　　對(duì)于碳素鋼和低合金鋼而言，不小于1.5m</p><p>　　3）在管壁加工過(guò)程中，比如車削螺紋，則要考慮管壁加工減薄量，用表示</p><p>　　（3）最小壁厚與標(biāo)準(zhǔn)壁厚<

113、;/p><p><b>　　1）最小壁厚</b></p><p>　　理論壁厚較小時(shí)，往往不能滿足制造運(yùn)輸?shù)确矫娴男枨?，因要滿足焊接工藝對(duì)厚度的要求，保證幾何尺寸的公差要求，考慮制造運(yùn)輸所需的剛度要求。所以，存在最小壁厚的問(wèn)題。</p><p>　　壓力容器的最小壁厚可以根據(jù)《鋼制石油化工壓力容器設(shè)計(jì)規(guī)定》來(lái)大概確定。比如對(duì)碳素鋼和低合金鋼容器的最

114、小壁厚而言：</p><p>　　如果內(nèi)徑≤3800mm時(shí)，則。如果不小于3，腐蝕裕度另加；</p><p>　　如果內(nèi)徑＞3800mm時(shí)，最小壁厚按運(yùn)輸和現(xiàn)場(chǎng)制造、安裝條件確定。</p><p>　　對(duì)不銹鋼制管，取最小壁厚不小于2mm。</p><p><b>　　2）標(biāo)準(zhǔn)壁厚</b></p><

115、p>　　如果公式求出的設(shè)計(jì)壁厚或最小壁厚不是標(biāo)準(zhǔn)壁厚時(shí)，應(yīng)采用較大的標(biāo)準(zhǔn)壁厚。</p><p>　　（4）內(nèi)壓管道壁厚計(jì)算方法</p><p>　　壁厚的確定受理論壁厚、材料的負(fù)偏差工、腐蝕裕度和磨損裕度的影響。細(xì)分的話取決于工作壓力、直徑、負(fù)偏差標(biāo)準(zhǔn)、防腐措施、生產(chǎn)工藝、使用壽命等。</p><p>　　根據(jù)管子壁厚與直徑之比可把壁分成薄壁和厚壁兩種<