船舶与海洋工程试验水池工艺设计

船舶与海洋工程试验水池工艺设计

顾宇翔

江南造船(集团)有限责任公司  202250  上海市

摘要：本文介绍了一种基于流体力学原理和流体力学原理的新方法，并对该方法的原理进行了详细的阐述。在此基础上，进一步完善了实验池的设计，从而更好的理解和把握了流体力学的基础问题，为我国船舶科学的发展提供了借鉴。

关键词：船舶；海洋工程；试验水池；工艺设计；

引言

船体与海洋工程是船体力学的一个重要组成部分，而实验池正是船体与海洋工程所要研究的重点。通过对实验池的合理设计，我们可以更好地理解各种物理问题，从而推动水动力计算技术的不断优化。船舶和海洋工程测试水池的工艺设计涉及到的问题比较复杂，这就要求设计人员要有很强的专业素养，还要不断地总结和积累经验，这样才能在技术上有更多的突破；得到的数据越精确，对船体力学的发展越有帮助。

1.船舶与海洋工程试验水池工艺设计原则

船舶与海洋工程试验水池工艺设计应遵守以下几条原则；①科学合理划分工艺布局及功能区域，同时留有适度拓展空间。②满足模型试验工艺要求，遵守国家和行业制定的设计规范，遵守适用性、先进性、经济性的高度统一原则，要求整体设施达到国内外预期先进水平。③选择科学合理、性能稳定、技术成熟以及质量可靠工艺设备。④保证试验设备运作、科研生产、人员进出、货物运输等各项活动高效有序推进。⑤设计过程中应考虑对能源、用地、用水等资源资源，注重环境保护。

2.尺度参数确定

试验水池尺度参数会影响试验的顺利进行以及试验结果精度，并且不同的试验水池尺度参数存在一定差异，因此，设计时应将水池尺度参数作为重点内容加以慎重考虑。

2.1海洋工程水池尺度参数的确定

水池宽度、最大水深、水池静水域长度是重要的参数，设计时应特别考虑。其中水池宽度受系泊方式、试验模型大小影响。系泊方式由垂直张紧、悬链线型系泊以及斜向张紧系泊之分，其中前两种方式，要么占地小，要么可通过专业技术实现大尺度的模拟，因此，对水池宽度参数要求较小。对称布置斜向张拉，占用较大面积。水池宽度应为模型余量、模型尺寸以及斜拉索占用的尺寸之和，设计时应加以准确计算。影响试验水池水深的因素较多，包括干弦尺寸、搁墩高度、假底尺寸、实际工作水深，最大缩尺比等，设计时需进行相关计算，保证水池深度满足实验要求。水池静水域长度包括试验区域长度L0、以及水流进入试验区域流经的长度L1，以及为防止出水扰动，还应保证试验区域和出水口之间留L2的距离。显然水池静水域长度为三者之和。

2.2船模拖曳水池尺度参数的确定

船模拖曳水池设计时应考虑的尺度参数包括水池长度、横截面积、水深、水池宽度等。其中设计水池长度时，应认真分析拖车的制动长度、稳定段、加速段等尺寸。同时，还应将消波滩段、造波机段的长度考虑在内。另外，为保证试验安全，还应预留一定的安全距离。水池横截面尺寸的确定较为复杂，需要进行专业的计算，并进行充分的论证。其中阻塞是设计时需认真考虑的重要内容。一般情况下，当水池横截面积为150倍的船横剖面积时，阻塞效应不能超过0.68%。试验水深受最大波长、船模吃水影响。通常情况下应超过50%的最大波长或为船模吃水的15倍。水池宽度至少应达到船模宽度的12倍。

2.3操纵性耐波性水池尺度的确定

操纵性耐波性水池设计时水池宽度、长度的确定和船模拖曳水池较为类似，不过水池宽度通常为4~5倍的船模长度，并且将安全距离考虑在内。另外，根据相关规范要求，造波机和模型间的距离至少应达到5倍的波长。将模型自身尺寸和预留的一些试验区域考虑在内，应将水池净水域宽度设计为波长的10倍。

3.工艺系统设计

3.1造流系统

设计出的船舶与海洋工程试验水池应具有对各种海流进行模拟的功能。当前，世界上较为先进的船舶与海洋工程试验水池在工艺设计上采用的都是池外循环类型的造流系统，把回流、旋窝等扰乱消除在水池外，以确保试验领域中的各种流场的湍流强度与均匀度等特点都可较好地符合模型试验的具体标准。通常情况下，水流受到水池外面的水泵强力驱动之后，通过进水廊道与管路进入水池中，然后通过水池对面相应的水廊道再次返回到指定的管路内，从而构成一个较为完整的循环路径。另一方面，在水深方向上，把海洋深水试验池中的各宗造流系统恰当划分成多个独立的层次，对各个层次中水泵的水流速度进行合理调节，从而实现在试验水池中科学模拟各种剖面的垂直方向流速的目的。造流系统工艺设计的主要指标是：造流分层数、整体平均速度、底层流速、表层流速等。

3.2造风系统

船舶与海洋工程试验水池中设计的造风系统一般主要由计算机管理系统与采集系统、风速仪、轴流风机组、交流电机、变频仪等。当前，大部分船舶与海洋工程试验水池在工艺设计方面采用的都是局部造风模式，这一造风系统主要是由数个轴流式风机有序地排列在一起组成的，以确保稳定的造风区域可把试验范围都完全地覆盖住。一般来讲，船舶与海洋工程试验水池中的造风系统都能够移动的，只有这样才能便捷地制造各个方向的风速，才能更全面地了解船舶在海面上遇到各种风向后的不同表现，才能为更有效而周密地设计防风方案提供可靠依据。船舶与海洋工程试验水池工艺设计的主要指标是：风谱、受风高度与范围、最大风速等。

3.3消波与造波系统

造波机是船舶与海洋工程试验水池中造波系统的主要设备，具有式样繁多的特点，其中最常见的类型有两种：摇板造波机，比较适合用在水较深的试验水池中；推板造波机，比较适合应用到水较浅的试验水池中。当前，世界上工艺超前的海洋工程水池和操纵性耐波性水池，选用的都是单元较多的蛇形造波机。多单元的造波机是很多个单元相对独立的摇板造波机联结在一起组合而成的，如果多单元造波机都用相同摆幅、相同频率做往复运动，并且每一个单元造波机相互间的相位差都是0时，整体式摇板造波机和单元较多的造波机所具有的作用就几乎相同，它们所制造的波都是长峰波。如果每一个单元造波机相互之间的相位差完全相等且不等于0时，那么在水面上形成的波就是和造波机板面有波向角的一些斜波。为了有效而及时地将波浪拍击海岸过程中产生的反射作用消除掉，就需要在造波机的相对一面的池壁上专门设置一台或数台消波装置，比如消能网、升降式消波器、池端消波滩等，从而确保造波机制造的波浪可较好地符合试验标准。3.4拖车及轨道系统

试验水池的关键设备为拖车，其摇曳模型达到试验要求速度并能顺利完成水动力性能试验，最终获得试验所需数据。拖车由驱动行走机构、中央侧桥、车架、制动系统、水平导轮机构、电控系统、照明系统等。而拖车轨道则包括可调控轨座、钢轨和轨道梁组成，通常运用双轨形式，即根据水池长度方向两侧壁顶铺设钢轨，同时运用工字型优质钢并间隔如0.5m左右距离，可微量调整轨道高低和左右方向。

4.结束语

总之，借助建造试验水池的方式深入研究海洋水动力学，是促进船舶与海洋工程研究的有效途径，也是创新与发展船型技术的主要方式，更是提高船舶运输方式市场竞争力的核心方法。因此，船舶与海洋工程试验水池设计人员，应全面分析船舶在海洋上行驶的各种情形及可能遇到的各种环境与条件，从而更加全面、系统与合理地设计试验水池的工艺，最终推动船舶运输行业的快速、健康、安全发展。

参考文献

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