吸盘式挖泥船吸盘特性研究

论文摘要

吸盘式挖泥船与其它挖泥船相比具有诸多优点：一次性挖宽大；挖槽平整；泥浆浓度高；适用范围广等等。与其他挖泥船相比最大的不同在于吸盘型式和破土方式的不同,吸盘式挖泥船依靠高压水束冲击破土,而常规挖泥船主要靠机械方式破土。研究发现目前国内关于吸盘挖泥船吸盘型式的理论研究非常少,主要是参照国外吸盘型式进行仿造,对吸盘型式设计缺乏理论指导。本论文以黑瞎子岛航道疏浚工程为依托,分析吸盘式挖泥船的吸盘特性。本文的主要内容有：从固体物料水力输送理论出发,提出了吸盘设计的基本原则；探讨了吸盘口形状的选择、分析了多体吸盘型式方案的优点；分析多股射流间的相互影响及设置盘口栅格的作用；通过数值模拟,分析吸盘的压力分布、泥浆浓度和颗粒大小对吸泥效率和吸口速度分布的影响；对高压冲水系统型式的研究。随着计算机性能的不断提高以及计算流体力学技术的发展,数值模拟成为了分析内部流场的一种重要方法。数值模拟可以大大的减少试验的工作量,并且能对试验中无法测量的数据进行预估,缩短工作时间,提高工作的可靠性和经济性。论文通过Pro/E软件对吸盘和冲水系统进行三维建模,使用GAMBIT进行网格划分,并将建好的模型导入FLUENT流体计算软件中进行模型计算,模拟其流场。论文的主要结论如下：(1)扁长形吸盘口型式具有诸多优点,是优先选择方案；多体吸盘型式对增大挖宽和防止泥沙沉淀方面具有显著效果。(2)泥浆颗粒大小对吸泥效率的影响不大；当泥浆浓度升高时出口速度会减小,要保持额定流量必须增加泥泵的排泥压力。(3)吸口上的速度都是在以出口为中心的左右两侧一定范围形成一个速度较高的区域。让每个单体的泥浆出口中心线靠近吸盘整体中心线一些会使挖泥效果更好。(4)直入流形式较侧入流更有利于射流的喷射效果,而锥直形喷嘴则是三种喷嘴中最有效的喷嘴。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.1.1 疏浚行业的发展状况和前景
• 1.1.2 挖泥船挖泥型式特点
• 1.2 国内外研究情况
• 1.3 课题研究目的和意义
• 1.3.1 吸盘式挖泥船工作原理和优点
• 1.3.2 课题的研究意义
• 1.4 论文的主要内容
• 第2章 固体物料运输理论及吸盘型式的研究
• 2.1 固体物料水力运输与临界速度理论
• 2.1.1 水力输送机理
• 2.1.2 流型的分类
• 2.1.3 固液两相流临界流速影响因素的分析
• 2.1.4 临界速度的确定
• 2.2 吸盘口形状的研究
• 2.2.1 吸盘口形状分析理论依据
• 2.2.2 几种吸盘口形状的分析
• 2.3 多体吸盘型式的探究
• 2.4 多股射流间的相互影响
• 2.4.1 多股射流简介
• 2.4.2 多股冲击射流对底板动压的影响
• 2.5 吸盘口栅格作用分析
• 2.6 本章小结
• 第3章 流体动力学理论与多相流模型的确定
• 3.1 计算流体动力学理论
• 3.1.1 控制方程
• 3.1.2 边界条件
• 3.1.3 数值模拟基础
• 3.2 湍流模型
• 3.2.1 标准κ-ε两方程模型
• 3.2.2 RNGκ-ε模型
• 3.2.3 近壁面处理
• 3.3 多相流模型
• 3.3.1 VOF模型
• 3.3.2 Eulerian模型
• 3.3.3 Mixture模型
• 3.3.4 方程及常用参数
• 3.4 本章小结
• 第4章 吸盘实体建模及内部流场的数值模拟
• 4.1 PRO/E及FLUENT软件简介
• 4.1.1 Pro/E软件
• 4.1.2 FLUENT软件
• 4.2 吸盘主体模块三维模型建立与网格划分
• 4.2.1 模型的建立
• 4.2.2 网格的划分
• 4.3 流场的数值模拟
• 4.3.1 主要参数及求解特征
• 4.3.2 边界条件定义
• 4.3.3 设置求解过程中的监视参数
• 4.4 计算结果分析
• 4.4.1 吸盘整体的压力分布
• 4.4.2 浓度和颗粒大小对吸泥效率的影响
• 4.4.3 浓度和颗粒大小对吸口速度的影响
• 4.5 本章小结
• 第5章 高压冲水系统喷嘴型式优化
• 5.1 高压冲水系统计算模型
• 5.2 水箱内部基本流场分析
• 5.3 不同入流形式的比较分析
• 5.4 不同类型喷嘴的比较分析
• 5.4.1 喷嘴喷射能力分析
• 5.4.2 三种类型喷嘴的比较
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢