实验流体力学-第三章流体力学实验设备简介剖析

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自由降落式水洞
稳定段
收缩段
实验段
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回流式水洞
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柏林-米特尔区水洞
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拖曳式水槽
拖曳水池常规实验类型
• • • • • 船模阻力试验 螺旋桨敞水试验 船模自航试验 流速仪检定试验 沉管拖曳沉放
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配备了造波机的拖曳水池
• • • • 船舶耐波性实验 波浪发电 海洋平台设计 防波堤消波消浪
旋臂水池示意图
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潮汐流宽水槽
主要性能指标： 升潮能力：（水深16cm时）最大 水位升速为0.22mm/s。 造流能力：（在16cm水深时）最 大流速为45cm/s。
主要应用方向： 模拟不同的地形与潮汐流流动,如 河道、港口和近岸工程中潮流 的作用与冲刷效应的研究
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船舶结构实验室
• 设施主要性能指标： 最大试验静负荷 ±15000kN 最大试验动负荷 ±2500kN（1套） • 常规试验项目： 结构件强度静拉伸试验 结构件疲劳试验 结构件刚度试验 结构件极限载荷测试 • 主要应用方向： 船舶结构实验室主要从事建/构 造物结构强度、刚度、稳定性、疲 劳等方面的理论研究、结构模型和 实体试验测试及优化工作。
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水坝设计
• 低水头的水流溢流现象 十分复杂，如果坝面设 计的不好，会导致水面 漂浮的污物无法排走
河床侵蚀试验
• In many situations it is the complex two- or threedimensional flow in an open channel that is of interest (as opposed to uniform channel flow). Such flows are often very difficult to analyze theoretically.
水深时）为20cm/s
造风能力：最大风速（在最大水 深时）为20m/s
上海交大海洋工程实验水池
• 上海交通大学于1992年 建成国家重点实验室—— 风浪流水池。海洋工程水 池是上海交通大学海洋工 程国家重点实验室的主体。 水池的主要尺度为 50m×30m×6m。可以 模拟风、浪、流各种海洋 环境并能任意改变水深。 最大波高可达0.6m；造 流系统能产生最大流速为 0.2m/s；造风系统能产 生的最大风速可达
702所
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适航性水池
• 主要测试设备： 6自由度非接触运动测量系统 浪高仪、陀螺仪、加速度传感器、压力传感器等 • 大桥：水池南北向架有一座长78米钢质大桥，可绕水 池中心旋转45° 造波机：规则波最大波高可达0.5米，周期0.5～5秒； 不规则波有义波高0.5米，最大波高可达1.0米；波向 角0°～180° • 主要应用方向： • 适航性水池实验室主要从事舰船、海洋工程装备等波 浪中运动性能理论研究、实验测试及优化。
• 设施主要性能指标：
试验段： 直径0.8m，长3.2m
水速范围：3～20m/s 变压范围：8～400kPa 最低空泡数：0.15 • 主要应用方向： 主要从事舰船、船用推进器、水 中兵器等水中运动体水动力特性 研究与试验。同时广泛开展各类 船桨设计及性能优化工作。 702所
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空泡水洞
Cavitating propeller in a water tunnel experiment at the David Taylor Model Basin
波浪水池
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主要功能
• 试验测定模型作圆周运动时的水动力特性（与拖曳水池只能走直 线对比） • 广泛用于水面船舶和各种潜水体（如潜艇、鱼雷、水下发射的导 弹等）的水动力研究
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上海交大风浪流水槽
主要性能指标： 尺度：50(L)×0.8(W)×1.2m (H) 造波能力：最大波高为40cm 造流能力：最大流速（在45cm
第一部分
实验方法概论
内 容
Βιβλιοθήκη Baidu
第一章
绪论
第二章
第三章
基本理论和方法
实验设备
第三章 实验 装置
水动力学设备
低速风洞 跨声速风洞 超声速风洞
空气动力学设备
实 验 设 备 多相流体力学设备
地球流体力学设备
环境流体力学设备
生物力学设备
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第三章 实验 装置
一、低速风洞、水洞
原理：定常、不可压、伯努利方程，连续性方程。
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旋臂水池实验室
• 设施主要性能指标： 水池直径48m，水深4.5m 旋臂最大旋转角度为1rad/s • 常规试验项目： 舰船操纵性水动力性能测试
• 主要应用方向：
• 主要从事舰船、水中兵器及 潜水器操纵性理论及试验测试，
广泛开展针对各型水中运动体
的操纵性性能预报。
702所
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空泡水筒实验室
U.S. Army Engineer Waterways Experiment Station.
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适航性水池
• 主要性能指标： 水池主尺度：长69m，宽46m； 水深：4m； 拖车：最大速度4m/s。 • 常规试验项目： 舰船波浪中水动力测量。 • 船舶以及海洋结构物波浪中运动特 性测试 系泊、靠泊系统的运动、受力（包括 缆绳拉力、护舷碰撞力）测试
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深水拖曳水池
• 主要性能指标： 水池主尺度：474(L) ,14(W)，7m(H) 拖车车速范围：0.01～20m/s 造波机：频率0.3～1.2Hz， • • 波高250mm 深水拖曳水池实验室主要从事舰 船等各类水中运动体水动力特性理论 研究及实验测试，广泛开展流场分析、 船舶性能预测、水中运动体型线优化 等工作。
• 主要应用方向：
702所
深水拖曳水池
• 常规试验项目： 阻力试验(含高速滑行艇、气垫船、 水翼艇、水上飞机、地效翼船、水 下模型); • 自航试验（单桨及多桨船）; 敞水试验（常规及导管组合桨）; 流场测量; 三维流场测试; 船体波形阻力测量; 顶浪状态的波浪试验和外载荷实验 ; 海洋工程、水下机器人潜水训练以 及基础水动力学试验研究; • 精密测速仪及测压传感器的标 定.
702所
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循环水槽实验室
• 主要性能指标： 试验段 尺度：10.50 (L)×2.20(W)×2.00m (H) 压力：10～400kpa
水速：0.80～15m/s
速度不均匀度：＜1.0% 空泡数：0.07(水速15.00m/s，顶部压
力10kpa)
702所
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循环水槽实验室
• 常规试验项目： 水动力和脉动压力测量（均 匀流场和非均匀流场） 噪声测量 空化起始测试 速度分布测量 流态显示 • 主要应用方向： 主要从事水面舰船、水下物 体及附体的水动力、噪声和振 动等方面的试验研究。