潜水员下潜抗流能力分析-06

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1、潜水员下潜抗流能力分析刘汉明，江新，曾广会（海军潜艇学院防险救生系，山东青岛266042）摘要：建立了潜水员下潜抗流能力分析模型，采用计算和实验得到了模型中的有关参数，研究了潜水员的下潜抗流能力。研究结果对于提高潜水员水下作业管理的科学性及潜水员下潜抗流工具开发具有重要意义。关键词：潜水；下潜；水流中图分类号：U655.53文献标志码：AAnalysistotheDiverDescendingabilityofAnti-currentUnderwaterLIUHan-mingJIANGxingZengGuang-hui(Navysubmarineacade

2、my,Qingdao266042,China)Abstract：EestablishingtheanalysismodelofdiverDescendingabilityofAnti-currentUnderwater,obtainparametersofmodelbycalculatingangexperiment,diverDescendingabilityofAnti-currentUnderwaterispointed.Theresearchresulthasimportancemeaningforthesciencemanagementofdiv

3、ertaskunderwaterandtoolexploitationofDiverDescendingofAnti-currentUnderwater.Keywords：dive；descending；flowvelocity0引言在救捞工程、海洋工程等领域中，潜水员水下作业是主要的施工手段。当作业时的流速较大时，潜水员无法在水下控制身体，从而无法进行下潜和水下作业。为此，《潜水规则》要求，自携式潜水时，最大的适用流速为1.0kn；管供式潜水时，最大的适用流速为1.5kn。但上述要求仅是建立在实际经验的基础上，缺少深入的研究[1]，且在实际水下作业时，潜

4、水员通过采取必要的措施，常常可在大于规定的水流速度下进行作业。本文针对潜水员下潜抗流能力进行研究，研究结果对于提高潜水员水下作业管理的科学性，保证水下作业安全及开展下潜抗流工具开发具有重要意义。1水流对潜水员下潜作用形式分析基金项目：国家703专项（703-03-01-07-11）作者简介：刘汉明(1964.4-)、男、沈阳、教授、硕士，主要从事海上救捞工程、潜水技术、水下作业等级技术方向的研究工作，E-mail:LHM858808@163.com、0532-51858808、13792878036当水流速度较大时，潜水员采用沿引导缆下潜的方式进行抗流下潜

5、。潜水员沿入水缆下潜时，潜水员所受水流力传递到弹簧钩上，使得弹簧钩与入水缆之间产生摩擦。当水流力足够大时，将导致弹簧钩与入水缆之间的摩擦力过大，使弹簧钩无法沿入水缆继续下移，甚至产生上移，从而使潜水员难以下潜。水流对潜水员的作用力大小与潜水员的水中姿态密切相关，但潜水员下潜时的身体姿态是无法预先确定的。本项研究中以潜水员身体垂直状态作为典型状态，研究结论偏于安全。2潜水员下潜抗流能力分析方法以潜水员系于入水缆上的弹簧钩为受力分析对象，其受力如图1所示。FWFCFfFy图1弹簧钩受力分析Fig.1ForceAnalysisofSpringHook则弹簧钩在受

6、力平衡时，其受力平衡方程如下：（1）（2）且，由图1可知，只有当潜水员水中重量沿入水缆向下的分量大于水流力沿入水缆向上的分量与摩擦力之和时，弹簧钩将沿入水缆下移，潜水员才能够下潜。即保证弹簧钩沿入水缆下移所需要的最小潜水员水中重量是：（3）式中，为弹簧钩与入水缆之间的摩擦系数，取0.13~0.18。由于摩擦力对弹簧钩沿入水缆下移起阻碍作用，故摩擦系数取大值，取为0.18，对于分析结果偏于安全；为潜水员水中重量。通过对潜水员进行压铅配载试验，潜水员着KMB28型潜水装具时的最大水中重量约为54kg；图2潜水员网格划分Fig.2Meshgridofdiver、

7、为弹簧钩与入水缆之间的摩擦力与正压力；为入水缆的水平夹角；为水流作用在潜水员身体上的水流力。潜水员水流作用力计算采用流体数值方法进行计算。计算域采用长方体计算域，上下及四周边界距离计算中心2，为潜水员身高；潜水员表面网格采用三角形的非结构化网格，流体计算域内采用多块非结构化网格进行离散，整体采用C－O型网格，并在潜水员头部、裆部、呼吸器瓶部位和近壁面采用网格加密处理，网格划分如图2所示。流体数值计算的基本控制方程是对瞬时不可压缩流动控制方程进行时间平均，得时均的连续方程及时均的N－S方程，即雷诺平均N－S方程（RANS）。以有限体积法离散流体运动的控制方程

8、和湍流运动方程。其中，扩散项以中心差分格式差分，对流项采用二阶迎风