【正文】 口的速度與速度云圖上顯示的速度 7m/s 差距很大。速度云圖如 69，單位m/s：圖 68 耙頭的相對壓力云圖圖 69 耙頭的速度云圖二、問題的分析25可以看出，模擬出來的壓力與速度流場如圖 68 和 69 是有問題：壓力沒有顯示出層次過渡，速度的顯示也由于右邊的水域太窄，影響到整個(gè)速度流場的分布，右邊水太少，這樣顯示的右邊的流場明顯受到影響很大。在一些問題里，能量場影響流動(dòng)場（物性隨溫度變化，或者有浮力），這時(shí)候松弛因子要小些，比如在 到 1 之間。對于壁面有平移運(yùn)動(dòng)或者旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，可以指定壁面切向速度分量，也可以給出壁面切應(yīng)力從而模擬壁面滑移。(1)速度入口(velocityinlet) ：給定入口邊界上的速度及其他相關(guān)標(biāo)量值。選擇 Kepsilon Model 模型，點(diǎn)擊 ，其它值為默認(rèn)。對低雷諾數(shù)流動(dòng)問題，有較強(qiáng)壓力梯度，強(qiáng)體積力及強(qiáng)三維性問題不適合。對于貼近壁面附近的流動(dòng)，利用 Kepsilon Model 的模型進(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)算是很有效的，所以選擇 Kepsilon Model[12]。受到渦旋粘性各向同性假設(shè)限制。對于流向有曲率變化，較強(qiáng)壓力梯度，有旋問題等復(fù)雜流動(dòng)模擬效果欠缺。(3) 設(shè)置湍流模型，已知耙頭內(nèi)部吸泥管直徑為 90mm，流速為 ，水的運(yùn)動(dòng)黏度為 1/106 m2/s，Re=vd/V,求得 Re 為 393174,大于 2022 是紊流。對于二維流動(dòng)的情形，網(wǎng)格點(diǎn)數(shù)少，故內(nèi)存不是問題，選用隱式求解器 [10]。該解法器也耦合了動(dòng)量，能量及組分方程，但內(nèi)存卻比隱式求解方法小。非耦合求解方法主要用于不可壓縮或壓縮性不強(qiáng)的流體流動(dòng)，F(xiàn)LUENT 默認(rèn)設(shè)置是非耦合求解。點(diǎn)擊 display 顯示網(wǎng)格，如圖 61：19圖 61 耙頭的網(wǎng)格檢查網(wǎng)格，點(diǎn)擊 gridcheck，通過網(wǎng)格的檢查，可查看下面的幾個(gè)方面的內(nèi)容：（1）網(wǎng)格檢查列出了 X,Y 的最小與最大值；（2）網(wǎng)格檢查還將報(bào)告出網(wǎng)格的其他特性，如單位的最大與最小體積，最大和最小面積；（3）網(wǎng)格檢查還會(huì)報(bào)告出有關(guān)網(wǎng)格的任何錯(cuò)誤，特別是要求確保最小體積不能是負(fù)值，否則 FLUENT 無法進(jìn)行計(jì)算。進(jìn)行計(jì)算的模型選擇非耦合隱式求解，流動(dòng)屬于定常流，2 維模擬，顯示絕對速度，具體解釋后面會(huì)給出。保存網(wǎng)格 mesh，再保存 dbs 文件。圖 53 網(wǎng)格顯示的設(shè)定如前面一樣設(shè)置耙頭外的網(wǎng)格，設(shè)置耙頭入口邊網(wǎng)格的 interval size 中的 spacing 為 5，設(shè)置耙頭口正對的邊的邊網(wǎng)格為 15，在設(shè)置面網(wǎng)格為 30。在形成的邊界上劃分網(wǎng)格，點(diǎn)擊 operation 中 mesh 中的邊網(wǎng)格設(shè)置鍵 ，點(diǎn)擊 出現(xiàn) mesh edges。通過查看，在 CAD 中形成的三個(gè)面域，有一個(gè)是多余的的，而其他兩個(gè)正好是需要的。第二節(jié) gambit 的網(wǎng)格劃分一、gambit 中的網(wǎng)格劃分（一）先在 gambit 并打開 sat 文件雙擊 gambit 圖標(biāo)，在 file 中的下拉菜單中選中 import，在輸入中選 ACIS 格式，打開 sat 文件。選中菜單欄中“文件”，在下拉菜單中選中“輸出”，把輸出文件存為 sat 文件。模擬的水域之前為模擬真實(shí)的情況定為長 100m，深 50m，后發(fā)現(xiàn)水域太大導(dǎo)致網(wǎng)格數(shù)增超過系統(tǒng)默認(rèn)的 100000 個(gè)，需要重新調(diào)節(jié)最大網(wǎng)格數(shù)才能實(shí)現(xiàn)。圖 47 基本程序結(jié)構(gòu)示意圖14第五章 GAMBIT 中耙頭二維流場的網(wǎng)格設(shè)計(jì)第一節(jié) AutoCAD 與 GAMBIT 的聯(lián)合使用對于外型幾何尺寸較為復(fù)雜的研究對象在 GAMBIT 中畫出其邊界比較麻煩，更不用說還要對其劃分網(wǎng)格了。FLUENT 可讓用戶定義多種邊界條件，如流動(dòng)入口及出口邊界條件、壁面邊界條件等，可采用多種局部的笛卡兒和圓柱坐標(biāo)系的分量輸入，所有邊界條件均可隨空間和時(shí)間變化，包括軸對稱和周期變化等。它允許用戶根據(jù)解的具體情況對網(wǎng)格進(jìn)行修改(細(xì)化／租化) 。圖 42 圖 43圖 44 圖 45圖 46六、計(jì)算流體力學(xué)的應(yīng)用領(lǐng)域計(jì)算流體力學(xué)的應(yīng)用領(lǐng)域有以下 11 個(gè)方面:水輪機(jī)、風(fēng)機(jī)和泵 [4]等流體機(jī)械內(nèi)部的流體流動(dòng) 飛機(jī)和航天飛機(jī)等飛行器的設(shè)計(jì)12汽車流線外型對性能的影響洪水波及河口潮流計(jì)算風(fēng)載荷對高層建筑物穩(wěn)定性及結(jié)構(gòu)性能的影響 溫室及室內(nèi)的空氣流動(dòng)及環(huán)境分析電子元器件的冷卻 換熱器性能分析及換熱器片形狀的選取河流中污染物的擴(kuò)散汽車尾氣對街道環(huán)境的污染1食品中細(xì)菌的運(yùn)移第二節(jié) FLUENT 簡介一、FLUENT 的開發(fā)FLUENT 是由美國 FLUENT 公司于 1983 推出的 CFD 軟件。矢量圖可以比較容易地讓用戶發(fā)現(xiàn)其中存在的旋渦區(qū)，如圖 43。因數(shù)值處理方法等原因有可能導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果的不真實(shí)，例如產(chǎn)生數(shù)值粘性和頻散等偽物理效應(yīng)。CFD 不受物理模型和實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷南拗?，省錢省時(shí)，有較多的靈活性，能給出詳細(xì)和完整的資料，很容易模擬特殊尺寸、高溫、有毒、易燃等真實(shí)條件和實(shí)驗(yàn)中只能接近而無法達(dá)到的理想條件。通過這種數(shù)值模擬，我們可以得到極其復(fù)雜問題的流場內(nèi)各個(gè)位置上的基本物理量(如速度、壓力、溫度、濃度等)的分布，以及這些物理量隨時(shí)間的變化情況，確定旋渦分布特性、空化特性及脫流區(qū)等。對某些內(nèi)部流動(dòng)實(shí)驗(yàn)測量時(shí)，要求的實(shí)驗(yàn)裝置復(fù)雜龐大且實(shí)驗(yàn)成本較高，研制周期長，因而使實(shí)驗(yàn)研究受到了很大的限制，傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法已滿足不了需要，必須采用現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論和方法。 （三）可方便更換的插裝式耙齒 耙頭挖泥時(shí)，耙齒深入土中與砂土直接摩擦造成齒尖快速磨損，采用高耐磨材料延長耙齒壽命是一個(gè)方面，另一方面就是采用可方便更換的插裝式耙齒。 （二）高壓沖水的合理應(yīng)用 上世紀(jì)8O年代，世界疏浚行業(yè)推出了高壓沖水破土技術(shù)，利用耙頭底部噴嘴射出的高速水流沖刷切割水底泥砂，大大提高了挖泥效率。二、耙頭的改進(jìn)8第一節(jié)已經(jīng)介紹了現(xiàn)今普遍使用的耙頭的工作原理，不過耙頭的發(fā)展仍在繼續(xù)，接下來介紹的是國內(nèi)外耙頭第四階段的發(fā)展現(xiàn)狀。這一發(fā)展過程是隨疏浚土質(zhì)類別的提高，推動(dòng)著耙頭技術(shù)的改進(jìn)，以適應(yīng)工程施工的需要 [3]。圖 33 帶有耙齒的耙頭第二節(jié) 耙頭的改進(jìn)一、耙頭的發(fā)展耙頭的發(fā)展大致可以歸納為這么四個(gè)階段：第一階段為初始階段，耙吸船的耙頭是吸頭，吸管以吸為主，沒有耙切泥的功能，般為挖掘軟泥和細(xì)沙。水力式耙頭尺寸通常與耙吸管直徑成線性關(guān)系。圖 31 圖 32 加利福尼亞耙頭它的工作原理是：挖泥時(shí)，一方面耙頭隨耙管在船體前進(jìn)時(shí)其底邊與泥底的間隙里流過高速水流，將砂土沖刷下來進(jìn)入耙頭；另一方面高壓水由耙頭上的噴嘴噴射出，沖散板結(jié)砂土，再加刀刃的切泥，形成沖切互相作用，使泥砂懸浮，然后由泥泵產(chǎn)生的真空壓力差，將懸浮的泥漿,砂礫吸入耙管輸送到泥艙。同時(shí)在蓋形罩的上部分別裝有導(dǎo)向桿和壓緊彈簧，與固定罩連接起限位和緩沖作用。6第三章 耙頭的工作原理與改進(jìn)第一節(jié) 耙頭的工作原理一、 耙頭的結(jié)構(gòu)與工作原理耙頭種類繁多，加利福尼亞耙頭現(xiàn)是我國疏浚領(lǐng)域用的較為廣泛的耙頭，本論文就以加利福尼亞耙頭作為例子來加以說明，如圖31和32 。早期耙吸式挖泥船主要用于加深和維護(hù)航道。5圖 22 耙吸式挖泥船示意圖二、耙吸式挖泥船的特色耙吸式挖泥船同時(shí)也具有自己的特色，不同于鏈斗、抓斗、正(反) 鏟、絞吸挖泥船的長方型的船型, 它具有自航船的線型與總體外形, 具有自載與自卸的能力, 適合于海況較為復(fù)雜的海域疏浚, 無需錨泊定位挖掘, 適宜遷航, 其疏浚效率高, 是近來航道疏浚發(fā)展的方向。隨著高科技的推廣應(yīng)用，通過計(jì)算機(jī)技術(shù)和僅表將這個(gè)不可見的過程及時(shí)、準(zhǔn)確示在操作人員面前，大大簡化了操作程序，提高了效率，進(jìn)而提高了經(jīng)濟(jì)性。如：大型耙吸挖泥船加裝自排吹岸系統(tǒng)；耙吸船同時(shí)兼顧污油回收；小型耙吸船上加裝抓斗；小型抓斗挖泥船加長扒桿兼做起重等。在大型化的基礎(chǔ)上，逐漸出現(xiàn)多級泵。因而耙吸船近年來深受航道部門的青睞, 而且疏浚技術(shù)設(shè)備更臻完善, 并得到新的發(fā)展。圖 21 1859 年法國的耙吸式挖泥船二、國內(nèi)耙吸挖泥船的歷史解放初期國內(nèi)仍是以古老的鏈斗式挖泥船為主, 在60 年代至70 年代, 仍是唱主角, 其次才是繩索抓斗挖泥船、鏟斗式挖泥船, 隨后相繼發(fā)展絞吸式挖泥船, 而耙吸式挖泥船尚難見蹤影。實(shí)踐證明此類挖泥船不適于在有波浪的施工環(huán)境下工作。挖掘的物料如淤泥可通過船體底部的洞被離心式蒸汽泵經(jīng)管道吸入至船艙。耙吸式挖泥船機(jī)動(dòng)靈活，效率高，抗風(fēng)浪力強(qiáng)，適宜在沿海港口、寬闊的江面湖面作業(yè)。四、鏟揚(yáng)式挖泥船鏟揚(yáng)式挖泥船是一種單斗式挖泥船，它可以將大部分功率集中在一個(gè)鏟斗上，進(jìn)行切削挖掘。二、鏈斗式挖泥船鏈斗式挖泥船是利用一連串帶有挖斗的斗鏈。2第二章 耙吸式挖泥船第一節(jié) 挖泥船的分類本論文需要研究的是耙吸式挖泥船，因而在這簡單介紹一下挖泥船的分類，以及耙吸式挖泥船的工作原理。對某些內(nèi)部流動(dòng)實(shí)驗(yàn)測量時(shí)，要求的實(shí)驗(yàn)裝置復(fù)雜龐大且實(shí)驗(yàn)成本較高，研制周期長，因而使實(shí)驗(yàn)研究受到了很大的限制，傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法已滿足不了需要，必須采用現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論和方法。疏浚船舶向現(xiàn)代化、大型化發(fā)展，以適應(yīng)挖深大、處理區(qū)遠(yuǎn)離海岸的要求。作者簽名： 日期： 年 月 日學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。作者簽名：　　 　 　　 日　 期：　　 　 　　 學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的研究成果。關(guān)鍵詞： 疏浚 耙頭 FLUENT 流場分析 河海大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（學(xué)士論文）AbstractWith the development of the modern, largescale dredging ship, the demands for highperformance liquid pressing machine are being bigger and bigger in the dredging area, but the traditional theoretical analysis and pure experimental study of fluid mechanical problems have great limitations. At this point, with the emergence of the highspeed, large capacity and lowcost puters, putational fluid dynamics appeared and got a deep study, the reliability, accuracy and putational efficiency of the theory had also been greatly improved. CFD method has several features. These features are the initial performance prediction, the internal flow prediction, numerical experiments, flow diagnostics and the role of exterior design. CFD software has bee an important means to Compute and study practical fluids problems now.This paper involved numerical calculation of rakes in the twodimensional flow field with the CFD software. The main contents involves knowing the dredging technology、dredging equipment and basic knowledge well, learning a kind of putational fluid dynamics software, which is called FLUENT, understanding the method to divide the mesh and method to set up the boundary condition and using CFD software to calculate the flow field of the pressure and velocity in the twodimensional flow field under the condition of the known geometry and boundary conditions of the rake head. The method of study is to use CAD and software Gambit to divide the mesh and use put