吸泥管结构对耙头流场的影响开题报告

 2020-02-10 11:02

1. 研究目的与意义(文献综述)

1.1研究背景

近年来,由于耙吸挖泥船具有能够独立完成挖、装、运、卸、吹填等疏浚全过程作业,并能自换场地,且具有作业时不碍航的特点,,在市场竞争和工作状况等方面拥有诸多优势,并随着技术的发展,耙吸挖泥船的应用不仅仅局限在传统的航道整治、防洪抢险和农田水利建设等领域,也逐渐延伸到建设大型港口、吹填造地、建设人工岛屿、海底管道铺设、采矿、水域清污以及海防建设等众多领域,在市场需求的推动下,耙吸挖泥船技术研究逐渐成为热点。

耙头是耙吸挖泥船重要疏浚设备之一,它的基本结构由固定体、活动罩、短轴、衬套、喷嘴、挡板、耙齿、连杆插销、引水窗、格栅等组成。它安装在耙吸管最下端,挖泥作业时耙头紧贴水底泥面,在船的拖曳下松土挖泥,依靠泥浆泵和吸泥管(耙吸管)清除在海床上被挖的泥沙,泥浆泵启动后,吸泥管在压差作用下借助水流冲刷将海床上的泥沙。其中耙头疏松水底泥砂是有三种方式和特点:

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2. 研究的基本内容与方案

2.1基本内容和目标

研究吸泥管在不同结构下对耙头流场产生的影响大小,进而对其结构优化提出建议,为耙头设计提供有价值的参考。

2.2拟采用的技术方案及措施

拟利用计算流体动力学分析软件Fluent对耙吸船耙头内部流场进行数值模拟具体方案如下:

(1)建立耙头内流场模型

耙头主要是由活动罩和吸管两部分组成的, 在建立耙头内部流场时,选择耙头内部流动阻力和涡流分布最为敏感的状态能对其进行最有效和精确的分析与优化,通过查阅资料得知当挖掘深度达到最大时,活动罩此时的角度也达到最大(50°),此工况下耙头与泥浆泵之间高度差最大,耙头内部流动阻力和涡流分布最为敏感 ,因此可将耙头活动罩位于50°的位置为对象,建立良好流畅的网格模型。

(2)建立泥浆模型

泥浆流动属于拟流多项流的范围,可用流体力学技术应用于其研究,其模型主要分为离散相性模型和欧拉模型,特点如下表格:

模型

视角

颗粒运动描述

计算量

颗粒运动

颗粒相体积比

离散模型

微观

拉格朗日法

可以具体到每个颗粒

一般不超过10%

欧拉模型

宏观

欧拉法

只能描述集体运动规律

不受限制

根据作业泥浆状态及颗粒体积比及计算能力限制我们选择欧拉模型。

(3)流场计算分析

对于耙头流场的计算分析主要包括静态耙头流场模拟、工作过程中流场模拟、喷水装置作用下的流场模拟。在这些模拟中可以分别保持泥泵泵压、活动罩角度、航行速度、喷水参数、颗粒直径、泥泵泵压等这些不变,改变吸泥管直径Ds或其所成角度或其中高压冲水孔的形状等结构,过分析监测断面的速度分布,弯角、突扩区域的回流及涡旋,分析吸泥管结构变化对耙头流场分布的影响。

(4)总结

根据上述计算结果进行汇总对比分析,对耙头工作时影响其流场变化的工作参数和结构参数揭示其联系,分析耙头堵管的重要影响因素,为耙头设计提供有价值的参考。


3. 研究计划与安排

2019年02月16日--02月28日:调研. 拟定提纲. 完成《开题报告》。 2019年03月01日--03月10日:阅读参考文献,熟悉计算流体力学数值仿真的基本流程。

2019年03月11日--03月20日:建立耙吸船耙头数值模拟的模型。 2019年03月21日--04月21日:分析吸泥管结构下耙头内部的流动规律。

2019年04月22日--05月02日:分析耙头流场动力学特性 。

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4. 参考文献(12篇以上)

[1] 郑金龙,倪崇本,何炎平.耙吸挖泥船耙头内流场分析与优化[j].水运工程,2017(05):168-172.

[2] 孙守胜,肖博,林森,等.大型耙吸挖泥船系列化耙头研发与应用[J] .中国港湾建设,2015(1):64-6.

[3] 文武. 耙吸挖泥船高效节能耙头的研发与应用[d].大连海事大学,2017.

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