循环水槽

从事船舶推进器性能研究和操纵性研究的装置

循环水槽（circulating water channel）是专门从事船舶推进器性能研究和操纵性研究的装置。模型固定不动，水流在水槽内循环流动，并且保证工作段水流均匀。可以进行螺旋桨的敞水试验，也可以进行譬如水下航行器等简单几何体的操纵性研究。

简介

随着现代科学的发展，目前不仅在船舶工程的阻力、推进、操纵性和适航性等有关研究课题方面，而且在海洋工程、渔业生产、水文、水力机械及运动科学等方面，都有越来越多的流体力学问题需要研究和解决。只要满足相似理论的要求，这些问题可以在风洞、拖曳水池、水洞或循环水槽中进行。其中拖曳水池与循环水槽相比，尺度效应比较小，受边界层影响较小，其实验数据优于循环水槽中的实验数据，是世界主要海洋大国的首选建设项目和拥有的大型实验设备。但由于拖曳水池受到轨道的限制，所以试验的时间受到限制。而循环水槽是使水流动，把模型置于流动的水中测量的一种水动力试验设备。在循环水槽中，水借助于动力系统以一定的速度作循环流动，在工作段可作长时间的测试，这样不仅便于进行速度和压力的测量，同时可通过槽体侧面和底部的观察窗进行观察或摄像。此外，循环水槽具有投资小、占地少、见效快等优点，所以循环水槽已被广泛的应用于进行船舶、海洋工程、运动科学等领域的水动力试验。

试验项目

在循环水槽中可进行的主要试验项目如下：

船舶工程方面

A．基础流体力学：

(1) 圆柱、圆球的压力分布和阻力测试；

(2)平板的阻力测试；

(3) 翼型及翼栅的压力分布，升力和阻力测试；

(4)边界层和边界层控制的试验；

(5)聚合物溶液的减阻试验；

(6)流动显示试验；

(7)有关测试仪器的试验。

B．船舶流体力学：

(1)船模阻力试验；

(2)船模自航试验；

(3)船模伴流试验；

(4)船模压力分布的测量；

(5)船模周围流速分仰的测量；

(6)船模周围流场的显示试验；

(7)船模表面摩擦应力的测试；

(8)螺旋桨敝水试验；

(9)舵、减摇鳍和水翼的三分力测试；

(10)船模多分力试验；

(11)船体附加物性能试验；

(12)船体操纵性试验；

(13)自动操纵试验；

(14)船模在风、波浪和斜流中的响应试验；

(15)螺旋桨的激振力试验；

(16)有关测试仪器的试验。

海洋工程方面

海洋工程有关的建筑物、结构体、水面作业船、深潜器、浮体等在水中的运动及流体动力测试，流场的观察以及有关测试仪器的试验。

渔业水产方面

渔网，渔具和养殖设备等有关物体在水中的运动及流体动力测试，流场的现察以及有关测试仪器的试验。

特点

循环水槽重要特点之一是适宜于进行流场的观察。记录所观察流体的运动是研究流体力学问题的重要方法。许多较复杂的问题无法从分析方面来进行研究，而用观察的方法却可以得到一些重要的结果。例如1883年英国科学家雷诺(Reynolds)采用红墨水在管道流动中所显示出水流的性能，定义了层流，湍流的基本概念，从而上升到理论的高度，创建了著名的流体相似定理，命名为雷诺数；又如1904年Prenatal提出重要的边界层概念，是根据小型水槽流动显示观察的结果而得出的；而60年代发现湍流内近壁区的“猝发现象”这一突破也是根据简易的流动显示技术而观察得到的。上世纪80年代，在水槽中观察到肥大船型尾部的交叉流，产生分离形成旋涡。此外还观察到各种球鼻首在船底所引起的复杂流动等等。因而有关肥大船型的离体现象，船舶边界层内的三元流动等等都需要从观察流动现象入手来建立正确的简化的物理模型。可见对流动显示的观察和摄影，是在设计和使用循环水槽时所应考虑的重要任务之一。

分类

从结构形式方面来区分，循环水槽可分为水平循环水槽和立式循环水槽。所谓水平循环水槽是指将循环水槽的工作段与循环水槽的动力系统基本置于同一水平地面高度，而立式循环水槽的工作段明显高于循环水槽的动力系统所在的水平地面高度。由于立式循环水槽需要将动力系统中的部分能量转化为流体的势能，所以立式循环水槽所需的动力系统要求往往高于水平循环水槽。因此，虽然立式循环水槽相对于水平循环水槽占地面积小，但是目前国内外建成的循环水槽以水平循环水槽为主。

现有循环水槽大体可以分成三类：一为常规型，二为减压型，三为风浪流水型。其中常规型又可细分为两种：有蓄水池型与无蓄水池型。前者又可以称之为流动中断型，后者又可称之为循环流水型。他们的能量比分别为12和1.5(能量比≈泵马力÷工作段流体的动能流量)。设有蓄水池的目的是避免水泵的扰动影响了工作段流速的稳定性，但这样一来使水流的循环被切断，从而损失了全部的动能，因为所需的功率比循环流水型大8～10倍。英国国家物理实验室(NPL)在实际使用中将蓄水池充满水后形成水流的连续循环，结果证明水泵的扰动的影响几乎可以忽略，因此在试验水流速度不太高时一般都采用循环流水型。

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