三股聚乙烯绳索的水动力学特性研究

发布时间：2017-11-09 17:29

  本文关键词：三股聚乙烯绳索的水动力学特性研究

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【摘要】：渔具水动力学性能是衡量渔具作业性能优劣的主要指标之一。绳索作为常用的网具、网箱等渔业设施上的主要材料之一,是构成网渔具等设施的骨架以及渔具等设施间连接和固泊的重要构件。其所受的水动力既影响渔具等设施的形状和性能,也会影响设施的安全。因此,绳索的水动力学特性研究是渔具水动力学特性研究的重要内容之一。由于纤维绳索相对柔软,空间结构特殊,因受测量设备和测量方法的限制,其在流场中的水动力研究的相对较少。本文以渔具上常用的三股聚乙烯绳索为研究对象,通过水槽试验和数值模拟方法研究其水动力特性,研究结果可为渔具理论计算及设计提供基础参数。本文主要结构及结果如下：首先利用自主研发的水下三分力仪在动力水槽中进行了三股聚乙烯绳索水动力试验,获得了不同冲角作用下三股聚乙烯绳索的单位长度的阻力、升力和侧向力,通过理论分析得到了阻力系数、升力系数和侧向力系数在Re=2.5×103-3×104之间的分布规律。结果表明：(1)三个实验冲角条件下得到的单位长度绳索阻力与流速呈现良好的二次方关系,符合莫里森方程。(2)冲角900时,阻力系数与雷诺数关系为：在Re介于1.2×104-3×104时阻力系数为1.5左右；(3)在冲角450和600时,单位长度绳索阻力升力与流速的2.5次方呈线性关系；(4)升力系数的变化趋势与阻力系数相近,在1.2×104Re3×104区间时,在一定常值上下波动；(5)存在较小的侧向力,侧向力系数介于-0.15至0.15之间。(6)在冲角为45°和60°时Z捻向绳索和S捻向绳索的测量结果存在明显不同,验证了Ferro等的理论推测(即在一定冲角水流作用时,Z捻和S捻绳索产生的环流相反,产生的升力方向相反)；其次依据计算流体力学理论,基于计算流体力学软件FLUENT的平台,采用三维湍流模拟技术为研究手段,对三股聚乙烯绳索模型开展了水动力学性能的数值模拟研究,得到了不同直径、不同捻向的三股聚乙烯绳索在试验流速和倾角下的受力情况,并将计算结果与水槽实验数据进行比较,以期用模拟计算的方法揭示三股聚乙烯绳索在流场中的水动力性能。经过结果比较发现,在倾角为90°时模拟效果较好,阻力的计算模拟值与水槽实验值之间的相对误差在0.76%～30.98%之间。研究结果表明,该方法只能在一定流速和倾角下时,使数值模拟结果基本符合三股聚乙烯绳索在定常流场中的水动力特性。最后总结了数值模拟试验与预期产生差距的原因,以期为后续研究提供参考和借鉴。
【学位授予单位】：中国海洋大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：S971.3

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本文编号：1162881