鲁东大学立式循环水槽系统及配套试验设备的设计与研制

2.研究内容及方法
2.4 流体力学仿真模拟 由课题组专业技术人员对设计方案建模，发挥
水工研究所强项，进行流体力学仿真模拟，并根据 结果做进一步优化。
2.研究内容及方法
2.4 流体力学仿真模拟 利用流体力学仿真软件对
初步设计的立式循环水槽进行 仿真模拟计算，主要对流道特 性进行进一步的优化。包括：
4、主要技术创新
主 要 技 术 创 新：
与国内外已有循环水槽相比， 首次选用电机内置式造流泵作 为驱动装置，有效的解决了传 统方案中驱动轴过长，易受偏 心影响，引起机械损坏、连接 件漏水、震动剧烈等问题。该 项创新对推动国内外循环水槽 研制技术的发展具有重要意义 。
4、主要技术创新
主 要 技 术 创 新：
动力段
导流片
额定工作水位 第一拐角段 第二拐角段
电机外置
扩散段
2.研究内容及方法
2.3 驱动系统设计 驱动系统是循环水槽的心脏，直接影响造流能力和造流质量。
新型驱动系统形式：电机内置 该项创新很好的解决了上述问题，且为国际首创。例如上海交大购买的日本公司设计的
循环水槽仍为电机外置形式。
电机外置
2.研究内容及方法
驱动系统是循环水槽的心脏，直接影响造流能力和造流质量。
传统驱动系统形式：电机外置。
通过很长的驱动轴，驱动槽体内的叶片旋转，推动水体，这种方案的弊端在于驱动 轴过长，容易受偏心影响，引起机械损坏、连接件漏水、震动剧烈等问题
第四拐角段 第三拐角段
真空除气箱 蜂窝器
表面加速器 试验段
整 流 收缩段 段
钢化玻璃观察窗
经检验，该方案立式循环水槽共振周期大约在流速1.7m/s附近，且共振现 象不明显，设计合理
目录
Contents 1、开发背景及需求
2、研究内容及方法 3、主要技术创新
4、成果水平及效益
4、主要技术创新
主 要 技 术 创 新：
利用流体力学仿真软件对循环 水槽流道进行优化计算，并对 造流驱动装置的流量性能曲线 进行优化，最终在8m长、2m宽 的试验段实现了水流流速由 0.02m/s到2m/s的平稳连续变化 ，经设备使用方测定，在各试 验流速条件下，试验段流速精 度均控制在3%以内。
2.3 驱动系统设计 驱动系统是循环水槽的心脏，直接影响
造流能力和造流质量。 本次选用的推进装置其叶轮安装在电机
的转子内腔，与转子形成一个整体，转子相 当于水泵的叶轮外壳，使电机的无效部分变 成工作部分。同时，设计人员对水泵的流量 曲线进行了有针对性的优化，最终在8m长、 2m宽的试验段实现了水流流速由0.02m/s到 2m/s的平稳连续变化。
立式循环水槽系统及配套设备 的设计与研制
交融天下 建者无疆
目录
Contents 1、开研发背景
2、研究内容及方法
3、主要技术创新
4、成果水平及效益
1. 研发背景
1.1 循环水槽
立式循环水槽是专门从事流体力学研究、 船舶推进器性能研究以及操纵性研究的重要试 验装置。其原理为，通过推进器驱动水体在水 槽内做高速循环运动，从而获得高速水流试验 条件。主要优点：
1）第一拐角内水体掺气来源于试验段出口，因此将试验段出口束窄，减少气 体进入量。
2）第一拐角内拐角导流片优化。 3）第一拐角槽体角点高程提高，有利于提高该区域水体真空度，该位置处的 真空除气装置工作效率可进一步提高。
2.研究内容及方法
2.5 结构强度设计 循环水槽构件的结构计算包括四部分：
（1）槽道主体计算； （2）加强筋的设置； （3）试验段玻璃结构设计； （4）水槽固有频率计算。
2.研究内容及方法
2.2 功能部件设计 3）真空除气装置：高速水体易掺气，严重 时形成“乳白色水体”，需要设置真空 除气装置。水流流过拐角时，气泡将会 在翼型导流片的尾流区相对集中，在第 一、第四拐角处安装了自动除气装置， 用于形成真空环境，析出掺混在水体中 的气泡。
真空除气
2.研究内容及方法
2.2 功能部件设计 4）表面加速器：工作段表层水体受空气影响，流速偏低，需要利用表面加速器进 行加速。采用交流变频电机驱动，转子转动时带动间隙中水一起转动，并从下 面开口的切水板部位甩出去，加速前面水流。
设计研发了自动除气系统、远程遥 控控制系统，大大减轻了试验设备的操 作难度，试验操作人员由4-5人缩减为1 人，同时自动化控制的高效性也有利于 提高工作段流场质量。
目录
Contents 1、开发背景及需求
2、研究内容及方法
3、主要技术创新
4、成果水平及效益
4、成果水平及效益
立式循环水槽是研究基础流体力学、船舶流体力学、海洋工程等热门领 域的重要试验设备，在日本就有多达60多座立式循环水槽，然而我国国内仅 有4~5家科研院所拥有该套设备，且绝大多数为上世纪90年代建造。我院依托 “鲁东大学循环水槽及配套设备研制”项目，调配各相关专业技术人员，对 立式循环水槽试验系统进行了设计与研制。设计研制的立式循环水槽试验系 统，具有多项技术创新，其中电机内置式驱动系统技术为国内外首创。
主要包括：
1）消波装置：水在水槽 中做循环运动，在试验 段的自由表面会产生一 种波峰和波谷的位置固 定的波，称之为驻波， 其波长和波高随流速变 化而变化。
2.研究内容及方法
2.2 功能部件设计 2）拐角导流片：立式循环水槽 中，水流要经过四个90度的 转角及导流片来实现试验段 的水流均匀稳定。水流实际 在槽体内做了360度的圆周运 动。本次立式循环水槽的设 计采用机翼剖面型。
目录
Contents 1、开发背景
2、研究内容及方法
3、主要技术创新
4、成果水平及效益
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2.研究内容及方法
2.1 基本部件设计 立式循环水槽是一
个闭合的循环系统，水 体在槽内高速运转。主 要包括：
1）试验段 2）拐角段（四个）； 3）收缩段 4）整流段 5）扩散段
2.研究内容及方法
2.2 功能部件设计 立式循环水槽的运转需要多种功能部件的协调工作，是一个复杂的试验系统。
2.研究内容及方法
2.2 功能部件设计 5）远程遥控系统：通过远程遥控系统可以控制循环水槽的各种工作状态，传统试 验室内操作循环水槽至少需要3-5人，然而，通过开发远程遥控系统，大大提高 了操作的自动化程度，仅需1人操作即可，节约了试验成本，为试验人员带来了 极大的便利。
2.研究内容及方法
2.3 驱动系统设计
1）试验时间不受限制； 2）可以对模型周围流场进行仔细的观察 和摄影 3）造价相对拖曳水池低，建设周期短。
1. 研发背景
1.2 发展现状 英国、德国、瑞典、美国和日本都建有循环水槽，其中以日本数量居多，目前
已建有六十余座，这与日本的超级造船生产能力相关。而我国仅有哈尔滨工程大学 等四五家科研院所拥有循环水槽，差距较大。
1. 研发背景
1.3 项目背景
我部门专门从事水工模型试验研究，在模型试 验技术研究、计算机仿真数值模拟、试验仪器设备 设计与研制方面具有丰富的经验。此次，我部门抽 调相关专业技术人员，组建课题组，旨在依托“鲁 东大学循环水槽及配套设备研制”项目，聚集、培 养优秀科技人才，发展、提高水工研究所的试验仪 器设备研制水平，推动国内立式循环水槽研制技术 研究的发展，增强水工研究所的市场竞争力和自身 发展能力。
本次研究中的多项成果使我公司在船舶与海洋工程等相关研究领域实现 了突破创新，提高了我公司在该领域内的知名度和影响力，为我公司承揽相 关科研生产项目、开拓新领域新市场打下了良好基础。