發(fā)布時間：2017-11-09 17:29

  本文關(guān)鍵詞：三股聚乙烯繩索的水動力學特性研究

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【摘要】：漁具水動力學性能是衡量漁具作業(yè)性能優(yōu)劣的主要指標之一。繩索作為常用的網(wǎng)具、網(wǎng)箱等漁業(yè)設(shè)施上的主要材料之一,是構(gòu)成網(wǎng)漁具等設(shè)施的骨架以及漁具等設(shè)施間連接和固泊的重要構(gòu)件。其所受的水動力既影響漁具等設(shè)施的形狀和性能,也會影響設(shè)施的安全。因此,繩索的水動力學特性研究是漁具水動力學特性研究的重要內(nèi)容之一。由于纖維繩索相對柔軟,空間結(jié)構(gòu)特殊,因受測量設(shè)備和測量方法的限制,其在流場中的水動力研究的相對較少。本文以漁具上常用的三股聚乙烯繩索為研究對象,通過水槽試驗和數(shù)值模擬方法研究其水動力特性,研究結(jié)果可為漁具理論計算及設(shè)計提供基礎(chǔ)參數(shù)。本文主要結(jié)構(gòu)及結(jié)果如下：首先利用自主研發(fā)的水下三分力儀在動力水槽中進行了三股聚乙烯繩索水動力試驗,獲得了不同沖角作用下三股聚乙烯繩索的單位長度的阻力、升力和側(cè)向力,通過理論分析得到了阻力系數(shù)、升力系數(shù)和側(cè)向力系數(shù)在Re=2.5×103-3×104之間的分布規(guī)律。結(jié)果表明：(1)三個實驗沖角條件下得到的單位長度繩索阻力與流速呈現(xiàn)良好的二次方關(guān)系,符合莫里森方程。(2)沖角900時,阻力系數(shù)與雷諾數(shù)關(guān)系為：在Re介于1.2×104-3×104時阻力系數(shù)為1.5左右；(3)在沖角450和600時,單位長度繩索阻力升力與流速的2.5次方呈線性關(guān)系；(4)升力系數(shù)的變化趨勢與阻力系數(shù)相近,在1.2×104Re3×104區(qū)間時,在一定常值上下波動；(5)存在較小的側(cè)向力,側(cè)向力系數(shù)介于-0.15至0.15之間。(6)在沖角為45°和60°時Z捻向繩索和S捻向繩索的測量結(jié)果存在明顯不同,驗證了Ferro等的理論推測(即在一定沖角水流作用時,Z捻和S捻繩索產(chǎn)生的環(huán)流相反,產(chǎn)生的升力方向相反)；其次依據(jù)計算流體力學理論,基于計算流體力學軟件FLUENT的平臺,采用三維湍流模擬技術(shù)為研究手段,對三股聚乙烯繩索模型開展了水動力學性能的數(shù)值模擬研究,得到了不同直徑、不同捻向的三股聚乙烯繩索在試驗流速和傾角下的受力情況,并將計算結(jié)果與水槽實驗數(shù)據(jù)進行比較,以期用模擬計算的方法揭示三股聚乙烯繩索在流場中的水動力性能。經(jīng)過結(jié)果比較發(fā)現(xiàn),在傾角為90°時模擬效果較好,阻力的計算模擬值與水槽實驗值之間的相對誤差在0.76%～30.98%之間。研究結(jié)果表明,該方法只能在一定流速和傾角下時,使數(shù)值模擬結(jié)果基本符合三股聚乙烯繩索在定常流場中的水動力特性。最后總結(jié)了數(shù)值模擬試驗與預期產(chǎn)生差距的原因,以期為后續(xù)研究提供參考和借鑒。
【學位授予單位】：中國海洋大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：S971.3

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