三股聚乙烯繩索的水動力學特性研究.pdf

1、漁具水動力學性能是衡量漁具作業(yè)性能優(yōu)劣的主要指標之一。繩索作為常用的網具、網箱等漁業(yè)設施上的主要材料之一，是構成網漁具等設施的骨架以及漁具等設施間連接和固泊的重要構件。其所受的水動力既影響漁具等設施的形狀和性能，也會影響設施的安全。因此，繩索的水動力學特性研究是漁具水動力學特性研究的重要內容之一。由于纖維繩索相對柔軟，空間結構特殊，因受測量設備和測量方法的限制，其在流場中的水動力研究的相對較少。本文以漁具上常用的三股聚乙烯繩索為研究對象

2、，通過水槽試驗和數值模擬方法研究其水動力特性，研究結果可為漁具理論計算及設計提供基礎參數。本文主要結構及結果如下:
　　首先利用自主研發(fā)的水下三分力儀在動力水槽中進行了三股聚乙烯繩索水動力試驗，獲得了不同沖角作用下三股聚乙烯繩索的單位長度的阻力、升力和側向力，通過理論分析得到了阻力系數、升力系數和側向力系數在Re=2.5×103-3×104之間的分布規(guī)律。結果表明:
　　(1)三個實驗沖角條件下得到的單位長度繩索阻力與流速呈

3、現良好的二次方關系，符合莫里森方程。
　　(2)沖角900時，阻力系數與雷諾數關系為: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時阻力系數為1.5左右;
　　(3)在沖角450和600時，單位長度繩索阻力升力與流速的2.5次方呈線性關系;
　　(4)升力系數的變化趨

4、勢與阻力系數相近，在1.2×104＜Re＜3×104區(qū)間時，在一定常值上下波動;
　　(5)存在較小的側向力，側向力系數介于-0.15至0.15之間。
　　(6)在沖角為45°和60°時Z捻向繩索和S捻向繩索的測量結果存在明顯不同，驗證了Ferro等的理論推測（即在一定沖角水流作用時，Z捻和S捻繩索產生的環(huán)流相反，產生的升力方向相反）;
　　其次依據計算流體力學理論，基于計算流體力學軟件FLUENT的平臺，采用三維湍流

5、模擬技術為研究手段，對三股聚乙烯繩索模型開展了水動力學性能的數值模擬研究，得到了不同直徑、不同捻向的三股聚乙烯繩索在試驗流速和傾角下的受力情況，并將計算結果與水槽實驗數據進行比較，以期用模擬計算的方法揭示三股聚乙烯繩索在流場中的水動力性能。經過結果比較發(fā)現，在傾角為90°時模擬效果較好，阻力的計算模擬值與水槽實驗值之間的相對誤差在0.76％～30.98％之間。研究結果表明，該方法只能在一定流速和傾角下時，使數值模擬結果基本符合三股聚乙烯