基于流固耦合算法的不同材料网板水动力试验

拖网网板的水动力模型试验结果会因加工工艺、加工方式、加工材料和试验条件等多种因素出现不同程度的试验偏差。为探究网板模型不同加工材料对水动力试验的影响机理,选取双开缝矩形曲面网板为研究对象,基于流固耦合算法结合动水槽模型试验,分析丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)、聚丙烯(PP)、聚氯乙烯(PVC)3种3D打印材料网板模型与传统钢质网板模型的结构响应差异及其对水动力试验的影响规律。结果显示:采用传统金属材料(钢)与非金属材料(ABS)加工的网板模型在结构响应及水动力性能方面均具有显著差异,且随冲角和流速的增加,网板模型的最大变形量增加,进而导致升/阻力系数差异也进一步增加;PVC材料因其弹性模量较大、刚性较强,结构响应与金属材料较为接近,因而对水动力试验结果影响较小。基于上述结果,开展网板水动力模型试验时,可选用PVC作为3D打印材料,但需确保模型制作精度,避免模型材料对水动力试验结果精度的影响。

基于CFD的拖网网板模型参数对水动力试验的影响研究

拖网网板的水动力模型试验结果经常会因雷诺数、模型尺度等各种试验因素出现不同程度的结果偏差。为研究模型参数对拖网网板水动力试验的影响机理,选取立式V型曲面网板为研究对象,基于水槽模型试验结合计算流体力学数值模拟方法,对比分析其水动力性能及流场分布,探究模型尺度比、板面厚度及模型材料等参数对其水动力试验结果的影响。结果显示:模型尺度比变化对网板升/阻力系数曲线形状无显著影响,但模型尺度缩小过多(20∶1)将导致升力系数在小冲角(α<30°)时偏差明显;模型板面厚度增加会导致升力系数在大冲角(α>30°)下的显著降低,而对阻力系数的影响则主要反映在小冲角(α<30°)时;非金属材料模型由于刚性不足,在水槽模型试验过程中容易因受力后产生一定位移与变形而引起试验结果的偏差。基于上述结果,设计网板水动力模型试验时,应使得模型尺度尽可能大,减小模型尺度对试验结果精度的影响;可适当增加板面厚度以提高模型结构稳定性,增厚范围不宜超过2倍。