一种海洋工程深水水池造流系统的小比尺模型试验

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1、一种海洋工程深水水池造流系统的小比尺模型试验李玉刚刘玲高南大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室大连理工大学船舶工程学院大连理工大学航空航天学院摘要：在深水水池开展模型试验时往往需要考虑海流的作用.然而精确地模拟海流是十分困难的.按照•相似比提供了一种深水水y也造流系统模型试验方法.包括原型与模型的物理量缩尺方法、水池模型的制作方法、动力段模型的制作方法、动力段模型的控制方法和流场品质测试方法■试验方法和试验结果对深水水池造流设计具有重要意义。关键词:海流■深水水池■模型■造流■流场品质■作者简介：李玉刚

2、期：29H-23基金：国家自然科学基金创新研究群体项目资助4项目编号«1221%1>Abstract：islMk-

3、贵.建设初期需要对造流方案进行数值分析或小比尺物理模型试验验证-当前国内外深水池数量极少.有关造流系统的设计文献主要集中在理论与数值分析D-Slo造流系统小比尺物理模型试验相似准则不明确。造流水泵模型的相似关系要考虑池底和边壁的水内旋涡及回流现象°现有模型水泵的参数无法直接用來水池试验■若采用现成水泵作为模型水泵.一方而成本高.另一方而市场上没有完全符合相似准则的水泵训j模型试验要求真实地反映原型的客观规律.能够测量模型流场品质验证原型的造流可行性見发现潜在的问题■这些要求迫切需要开发一种海洋工程深水池造流系统的小比尺模型试验设计方法。本文的0的是提供i种海洋工程深水池造流系统的小比尺

4、模型试验设计方法.包括原型与模型的物理量缩尺方法、水池模型的制作方法、动力段模型的制作方法、动力段模型的控制方法和流场品质测试方法。I深水水池造流方案造流的均匀性与稳定性将直接影响到模型试验的效果.本文提出的造流设备是全水池造流系统。大水池规模为4长》XMiQ宽》XMi4深》.由池壁的进水/岀水口、驱动水泵阵列等组成4见图I)o水流通过边上截面为NiXNi水槽形成循环。水泵阵列由24台大型轴流潜水水泵组成阵列.可以在水池内形成均匀流、剪切流等流场°水池最大表层流速e.3i/s＞中层流速••方/0、底层流速■■/耳最大平均流速可达■含/包满足实验需求。另外.采用与水池大截面回流廊道.可以

5、降低回流速度和能耗.应用推流器矩阵和导流片调节水流均匀性.并且可在水池侧廊道中产牛的“高速”水流。50m图i深水水池造流方案图下载原图2缩尺方法考虑安全裕度的情况下.在实际流速下进行模型试验4即模型泵和实际泵的流速一样》I.原型与模型的物理量缩尺方法，即满足如下相似关系$几何比尺Lm-A速度比尺流量比尺水池消耗功率普流量q和压头△•的关系为$W=QAP/7=C-p^Kft1)AV3这里n为泵效程流速为Y截面积为h压头损失系数为FfU功率比尺L2L21)A2本文模型比尺为IM5水池模型的制作方法模型完全遵循几何相似准则进行缩尺°水池模型的材料采用透明度好、不易破损、韧性好的有机玻璃°水池

6、模型由多块有机玻璃板粘接°粘接方式采用立面粘接.导流片采用铝板粘接固定于水池相应位置.粘接剂采用双组份粘接剂.粘接时首先应将需粘接的表面擦拭干净.然后使用靠模保证粘接物不晃动.提高粘接的质量4见图2》。有机玻璃板粘接.可垫入细金属丝.利用毛细作用完成粘接°在粘接剂固化Z前抽出金属丝。图2水池模型下载原图4动力单元模型的制作方法动力段C泵墙＞1X3动力单元组成4见图根据给定的原型参数、和似准则和比尺确定模型中相应的电机参数和桨叶参数■根据电机和桨叶参数确定整流外壳几何参数°整流外壳采用池材料进行制作°桨叶采用船模双叶螺旋桨°焊接固定在电机转轴上-电机根部与松整流外壳底部希用螺丝拧紧-形成

7、动力单元模型的整体结构■根据计算.每个动力单元由呷他无刷电机、3B毫米双叶船模螺旋桨和额电调组成.每单元最大功率呷'图）动力单兀卜载原图I动力段模型的测控系统动力段模型的测控系统.包括动力电源、电流表、电压表、电机、电调、信号发牛器和计算机■计算机通过串口发送命令给信号发牛器.控制每个电机转速■电压、电流表实时显示每个电机功率4见图4》o图4功率显示板下载原图b流场品质的测试方法仪器设备包括步进电机、步进电机数控驱动器、步进电机控制卡、流速传感