摘要：试验水池是研究船舶及海洋工程水动力参数的重要平台，其设计是否科学、合理不仅直接影响试验精度，而且关系着我国船舶与海洋工程研究水平的提升。鉴于此，本文分析试验水池设计应遵守的原则，探讨不同水池尺度参数以及相关工艺系统的设计，以供参考。
关键词：船舶；海洋工程；试验水池；工艺；设计
船舶与海洋工程试验水池工艺设计涉及较多内容，专业性强，需设计人员不断总结成功经验，做好理论研究与技术攻关，确保获得的试验数据更加接近现实情况，为我国船舶与海洋工程研究水平的进一步提升做出应有贡献。
一、设计原则分析
船舶与海洋工程试验水池工艺设计是一个系统性工作，为保证设计工作保质保量的完成，设计时应遵守以下原则：
首先，规范原则。试验水池设计时需综合考虑水池的各个部分构成及实现的功能，尤其保证相关参数既要满足试验要求，又要遵守国家相关规范。其次，合理原则。合理原则指试验水池各部分、区域的划分应合理，布局合理，并注重以后的拓展，预留一定的空间。再次，高效原则。试验水池设计内容多，应安排合理的设计人员，运用娴熟的设计技术，应用先进的设备，在保证设计质量的基础上，提高设计效率。最后，节约原则。设计时应减少给环境造成的不良影响，做好节能减排工作，减少资源的浪费。
二、尺度参数确定
试验水池尺度参数会影响试验的顺利进行以及试验结果精度，并且不同的试验水池尺度参数存在一定差异，因此，设计时应将水池尺度参数作为重点内容加以慎重考虑。
1.海洋工程水池尺度参数的确定
水池宽度、最大水深、水池静水域长度是重要的参数，设计时应特别考虑。其中水池宽度受系泊方式、试验模型大小影响。系泊方式由垂直张紧、悬链线型系泊以及斜向张紧系泊之分，其中前两种方式，要么占地小，要么可通过专业技术实现大尺度的模拟，因此，对水池宽度参数要求较小。对称布置斜向张拉，占用较大面积。水池宽度应为模型余量、模型尺寸以及斜拉索占用的尺寸之和，设计时应加以准确计算。
影响试验水池水深的因素较多，包括干弦尺寸、搁墩高度、假底尺寸、实际工作水深，最大缩尺比等，设计时需进行相关计算，保证水池深度满足实验要求。
水池静水域长度包括试验区域长度L0、以及水流进入试验区域流经的长度L1，以及为防止出水扰动，还应保证试验区域和出水口之间留L2的距离。显然水池静水域长度为三者之和。
2.船模拖曳水池尺度参数的确定
船模拖曳水池设计时应考虑的尺度参数包括水池长度、横截面积、水深、水池宽度等。其中设计水池长度时，应认真分析拖车的制动长度、稳定段、加速段等尺寸。同时，还应将消波滩段、造波机段的长度考虑在内。另外，为保证试验安全，还应预留一定的安全距离。
水池横截面尺寸的确定较为复杂，需要进行专业的计算，并进行充分的论证。其中阻塞是设计时需认真考虑的重要内容。一般情况下，当水池横截面积为150倍的船横剖面积时，阻塞效应不能超过0.68%。
试验水深受最大波长、船模吃水影响。通常情况下应超过50%的最大波长或为船模吃水的15倍。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆水池宽度至少应达到船模宽度的12倍。
3.操纵性耐波性水池尺度的确定
操纵性耐波性水池设计时水池宽度、长度的确定和船模拖曳水池较为类似，不过水池宽度通常为4~5倍的船模长度，并且将安全距离考虑在内。另外，根据相关规范要求，造波机和模型间的距离至少应达到5倍的波长。将模型自身尺寸和预留的一些试验区域考虑在内，应将水池净水域宽度设计为波长的10倍。
三、工艺系统设计
为获得更为精准、接近真实环境的试验参数，设计试验水池时应注重相关工艺系统的设计，包括造风系统、造流系统、造波和消波系统等。
1.造风系统的设计
试验水池造风系统设计时，一方面，保证造风系统可全面覆盖试验区域，使试验区域可获得稳定的风。一般情况下，将若干轴流式风机进行并排设计，即可满足要求。另一方面，造风系统可产生不同风向、不同大小的风，因此，应将造风系统设计成可移动的。另外，设计时还应做好造风系统风谱、受风范围、最大风速的分析与计算，产生可满足不同试验要求的风。
2.造流系统的设计
试验水池设计时，造流系统的设计是重要的内容之一。为满足试验要求，设计造流系统时一方面，借鉴国际上先进的造流系统，即，设计为池外循环造流系统，在池外消除掉回流、旋涡等，为试验区域营造良好的湍流强度。另一方面，为方便模拟垂直方向上的剖面流速，应将造流系统在水深方向上设计若干、相互独立的数层，通过调节不同层的水泵获得不同的水流速度。设计造流系统时，造流分层数、整体平均流速、底层流速以及表层流速是重要指标，设计时应重点予以考虑。
3.造波和消波系统的设计
试验水池造波功能的实现主要由造波机负责，不同水深应用的造波机类型不同，设计时应加以认真考虑。如水池较深可考虑使用摇板式造波机，如水池较浅可使用推板式造波机。另外，为防止波浪达到水池壁出现反射情况还应进行消波系统的设计，即，在和造波机对应的水池壁上设计升降式消波器、池端消波机等，确保水池内部形成稳定、均匀的波浪，满足实验要求。设计试验水池的造波与消波系统时，应综合考虑波向、周期、波长、最大波高等参数，制造出满足试验要求的各种波浪。
四、结论
船舶和海洋工程试验水池工艺设计是一项专业、复杂程度较高的工作。为保证设计质量、营造各种满足试验要求的环境，设计人员一方面要做好现有工艺设计技术的研究，借鉴当今成功、先进技术，不断提高设计水平。另一方面要认真研究试验水池设计规范，明确设计原则，熟练掌握不同试验水池构成以及功能要求，确定合理的设计参数。另外，还要做好试验水池工艺系统的设计，明确实现工艺系统功能的方法，保证工艺系统参数设计的合理、科学。
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论文作者:刘虎,胡亦鹏,朱元庭
论文发表刊物:《基层建设》2018年第32期
论文发表时间:2019/1/10
标签：水池论文; 海洋工程论文; 系统论文; 参数论文; 船模论文; 船舶论文; 尺度论文; 《基层建设》2018年第32期论文;