水下平板阻力测量实验装置研究

发布时间：2020-05-30 20:58

【摘要】：随着海洋战略成为我国重要发展战略,海上航行体的节能研究成为热点。航行体在水中主要受到三种阻力:压差阻力、兴波阻力和摩擦阻力。而其中摩擦阻力占有很大比例。平板作为水下航行体的基本组成单元,设计一种适用较大实验平板在水槽、水池或河流等实际工况中的阻力测量实验装置,具有十分重要的理论和实际意义。根据设计需求,在国内外流阻测试装置和测量方法研究的基础上,进行了水下平板阻力测量实验装置的结构设计与测试原理设计,并在加工装配后对实验装置进行校核及标定实验。主要研究工作如下:(1)设计搭建了一种水下平板阻力测量实验装置。根据实验装置设计需求,提出实验装置测试原理及总体方案,确定实验装置具体结构尺寸及设计,并对实验装置进行三维建模、二维装配图及零件图的绘制,完成对所设计实验装置的生产加工及装配。所设计搭建的实验装置装拆方便,可实现对水下平板表面阻力特性测量。(2)对所设计搭建的实验装置进行了相关性能测试。对实验装置测试系统和传感器精度进行校核,剔除测试系统误差;对实验装置水平状态摩擦阻力进行测量,验证滑动载体选择的合理性;对实验装置倾斜一定角度的标定,测量实验平板克服摩擦力运动时的最小角度,验证实验装置测试原理可行性。(3)设计实验装置水池拖曳验证实验。通过对光滑实验平板表面阻力特性测量,验证实验装置设计的可行性,以及测试原理的合理性,并根据实验采集到的数据对实验装置进行改进,对影响数据波动的因素进行了相关分析。(4)对实验装置外流场进行相关数值模拟。在FLUENT中基于k-ε模型对实验装置外部流场进行了数值模拟,并将仿真模拟得到的摩擦阻力值与理论计算、水池实验进行了比较,对实验装置速度流场进行分析并绘制相关速度矢量图,观察实验平板表面的速度分布,对水池实验有一个补充验证。
【图文】：

组织结构图,组织结构图,论文

江苏科技大学工学硕士学位论文第三章实验装置搭建及性能测试对水下平板阻力测量实验装置的具体结构进行设计，并进行相关性能标定。首据公式计算出水下平板表面的摩擦阻力，然后对传感器型号及相应的滑动载体进择设计。通过对实验装置的三维建模、二维装配图及零件图绘制，完成装置的生工及装配。并对实验装置进行相关性能测试，从而验证装置设计的合理性与可行第四章实验装置水池实验验证对水下平板阻力测量实验装置进行水池拖曳实验验证。在江苏科技大学船舶与工程学院拖曳水池中进行装置验证实验，通过对实验平板在不同速度下的表面阻量，，进一步验证装置设计的可行性，以及测试原理的合理性。第五章基于 FLUENT 的实验装置外流场数值模拟对实验平板外流场进行数值模拟。根据流体力学理论，在 FLUENT 中采用标模型对水下实验平板表面摩擦阻力、外部流场进行仿真模拟，通过对装置模型真，验证实验装置的合理性。

测试装置,表面阻力,测量方法

验装置的平行度带来的原始误差。传统拖曳式装置测量方法相比，操作简单，可以更直观的测量出不平板表面的阻力大小，测量结果准确可靠。行水下平板表面阻力特性测试实验过程中，实验平板表面所受到的力和流体沿平板表面所产生的粘性摩擦阻力共同影响造成的，所以数为实验平板受水流冲击运动时所受到的总阻力。结合以往对水下的测量方法，本文采用直接测量的方式，将所需测量的阻力值经测输至计算机监测、存储、处理。所设计的实验装置需具有如下功能要实验装置可适应不同的测试环境；实验平板表面阻力测量方法简单且易操作；通过辅助机构，可实现平板在水池、水槽等实际工况中进行阻力测采集系统可显示记录瞬时值、最值及其动态过程。上述对水下平板阻力测量实验装置的设计要求，对装置结构部分提实验装置部分主要由主体支撑架、滑移构件、测力传感器、信号采机构等单元组成，如图 2.1 为实验装置结构简图。
【学位授予单位】：江苏科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：U661.7

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