三股聚乙烯繩索的水動(dòng)力學(xué)特性研究.pdf

1、漁具水動(dòng)力學(xué)性能是衡量漁具作業(yè)性能優(yōu)劣的主要指標(biāo)之一。繩索作為常用的網(wǎng)具、網(wǎng)箱等漁業(yè)設(shè)施上的主要材料之一，是構(gòu)成網(wǎng)漁具等設(shè)施的骨架以及漁具等設(shè)施間連接和固泊的重要構(gòu)件。其所受的水動(dòng)力既影響漁具等設(shè)施的形狀和性能，也會(huì)影響設(shè)施的安全。因此，繩索的水動(dòng)力學(xué)特性研究是漁具水動(dòng)力學(xué)特性研究的重要內(nèi)容之一。由于纖維繩索相對(duì)柔軟，空間結(jié)構(gòu)特殊，因受測(cè)量設(shè)備和測(cè)量方法的限制，其在流場(chǎng)中的水動(dòng)力研究的相對(duì)較少。本文以漁具上常用的三股聚乙烯繩索為研究對(duì)象

2、，通過(guò)水槽試驗(yàn)和數(shù)值模擬方法研究其水動(dòng)力特性，研究結(jié)果可為漁具理論計(jì)算及設(shè)計(jì)提供基礎(chǔ)參數(shù)。本文主要結(jié)構(gòu)及結(jié)果如下:
　　首先利用自主研發(fā)的水下三分力儀在動(dòng)力水槽中進(jìn)行了三股聚乙烯繩索水動(dòng)力試驗(yàn)，獲得了不同沖角作用下三股聚乙烯繩索的單位長(zhǎng)度的阻力、升力和側(cè)向力，通過(guò)理論分析得到了阻力系數(shù)、升力系數(shù)和側(cè)向力系數(shù)在Re=2.5×103-3×104之間的分布規(guī)律。結(jié)果表明:
　　(1)三個(gè)實(shí)驗(yàn)沖角條件下得到的單位長(zhǎng)度繩索阻力與流速呈

3、現(xiàn)良好的二次方關(guān)系，符合莫里森方程。
　　(2)沖角900時(shí)，阻力系數(shù)與雷諾數(shù)關(guān)系為:Cx={0.069Re-0.667107985.7Re-1.381+1.378(3.0×103＜ Re＜6.0×103)(6.0×103＜Re＜3.0×104)，在Re介于1.2×104-3×104時(shí)阻力系數(shù)為1.5左右;
　　(3)在沖角450和600時(shí)，單位長(zhǎng)度繩索阻力升力與流速的2.5次方呈線性關(guān)系;
　　(4)升力系數(shù)的變化趨

4、勢(shì)與阻力系數(shù)相近，在1.2×104＜Re＜3×104區(qū)間時(shí)，在一定常值上下波動(dòng);
　　(5)存在較小的側(cè)向力，側(cè)向力系數(shù)介于-0.15至0.15之間。
　　(6)在沖角為45°和60°時(shí)Z捻向繩索和S捻向繩索的測(cè)量結(jié)果存在明顯不同，驗(yàn)證了Ferro等的理論推測(cè)（即在一定沖角水流作用時(shí)，Z捻和S捻繩索產(chǎn)生的環(huán)流相反，產(chǎn)生的升力方向相反）;
　　其次依據(jù)計(jì)算流體力學(xué)理論，基于計(jì)算流體力學(xué)軟件FLUENT的平臺(tái)，采用三維湍流

5、模擬技術(shù)為研究手段，對(duì)三股聚乙烯繩索模型開(kāi)展了水動(dòng)力學(xué)性能的數(shù)值模擬研究，得到了不同直徑、不同捻向的三股聚乙烯繩索在試驗(yàn)流速和傾角下的受力情況，并將計(jì)算結(jié)果與水槽實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，以期用模擬計(jì)算的方法揭示三股聚乙烯繩索在流場(chǎng)中的水動(dòng)力性能。經(jīng)過(guò)結(jié)果比較發(fā)現(xiàn)，在傾角為90°時(shí)模擬效果較好，阻力的計(jì)算模擬值與水槽實(shí)驗(yàn)值之間的相對(duì)誤差在0.76％～30.98％之間。研究結(jié)果表明，該方法只能在一定流速和傾角下時(shí)，使數(shù)值模擬結(jié)果基本符合三股聚乙烯