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流体力学在船舶中的应用范文1
在这次会上，以他为技术代表的中国船舶工业专家团队，运用他多年在船舶耐波性理论计算船舶波浪增阻方面积累的居于国际前沿的丰富论据，了日本专家提出的一套按照他们的算法计算船舶能效性能的设计方案，避免了中国造船业在制定国际通行的船舶设计能耗标准时受到的冲击，为维护国家利益发出了“中国声音”。
“我并不是一名政治家，而是一名纯粹的技术学者，只知道用事实和数据说话。但我确实因自己多年所学能为自己的国家做点贡献而感到高兴。”“勤来半生学，常为祖国忧”。这或许，就是段文洋多年躬身耕耘的真实写照。
事实上，作为中国船舶与海洋工程研究领域的中坚一员，近年来段文洋在专业领域取得的系列创新成果，以及他在推动国际间的学术交流和他在人才培养等方面所取得的实实在在的成绩，为业界所共识。
谈经历：
沐浴师恩完成人生蜕变
有谁会想到，这样一位在专业领域里出名的海洋船舶专家，最初与海结缘却显得有些“误打误撞”。
时至今天，段文洋身上依然还有着农村娃那份特有的纯朴和爽朗。他出生于1967年，河北人。凭借聪颖的天资和辛勤的努力，以优异的成绩一跃成为天之骄子。
“因为是从农村里出来的，填报志愿时对学校和专业都不了解，所以征询了一下周边大家觉得比较懂的人的意见，我告诉他我只有一个最朴素的想法，就是要离开农村。他说那要不你就选船舶工程吧，学跟海洋相关的专业至少你应该不用再回到农村。又因为天大是当时华北一带数一数二的理工科学校，所以就这样上了天大海船系船舶工程专业。当时第一选择填的是船舶，第二是内燃机。现在想想命运有时候真是充满戏剧性。当初给我意见的人或许也不是很了解船舶这一专业，而且天大当时最好的专业不是船舶反而是内燃机。但如今回头看，这一选择也不坏，我就是一颗螺丝钉，到哪里就在哪里发光……”回忆起当初填报志愿的趣事，段文洋还忍不住拿自己的经历调侃一番。他说自己最幸运的事就是总在人生十字路口遇上引路人。而这，在后面的经历中也多有体现。
就这样，一个怀抱纯朴梦想的农村娃，误打误撞地与海结缘。随着时间的推移，他对专业、对那片海的深情也日渐升温，从此再没离开过。秉持一贯勤恳扎实的作风，在天大的几年时间里，他的成绩一直排在班级前三名。本科毕业在即，他拿到了推荐读研的名额。又在师长的推荐下，慕名前往哈尔滨船舶工程学院深造。那里，是影响他一生的地方――
“脚踏白山黑土，胸怀万里海天……”这是一座历史悠久、名人辈出的学府。这里不仅是国内第一艘实验潜艇、第一艘水翼艇、第一台舰载计算机等国内重大科研成果的孕育基地；而且还是很多海洋工程人才的孕育摇篮。这里既有白发苍苍、品德高尚的学术巨匠；也有兢兢业业、循循善诱的名导恩师……
当背着一身简单行囊，只身搭火车北上的“农村娃”段文洋置身在这所巍巍学府，立即被它的气韵深深吸引，但他的寻师之路并不是很顺利，不是中意的导师不招收研究生，就是专业方向不对。好在一位师兄的话提点了他。这位师兄建议他追随专业领域的名师――贺五洲教授。但贺老师的专业是段文洋相对较弱的流体力学。“不会你可以学嘛！”一句话点醒了段文洋。是的，不会可以学，只要有心总能学明白。从此，这句话成了带他攻克一个又一个未知难题的精神指引。
至今，段文洋还记得很清楚。那天，他只身前往贺老师的家里，言辞恳切地告诉他：“我想跟您学流体力学，虽然我自认为原来基础不是很优秀，但我很想把它学明白……”贺老被他的诚恳和信心所感动，决定将他收归门下。这是一位出了名的细致严师，在他的指导下，段文洋进步很快，迅速在这一领域夯实了基础。
在段文洋的研究思路和哲学思辨逐渐成型之际，他很幸运地遇上了人生旅途的又一位重要恩师――戴遗山教授。他是我国船舶与海洋工程水动力学领域的著名专家，在国际水动力学界享有盛誉，在长达半世纪的科研和教学工作中，培养了一大批专业领域的优秀人才。在段文洋的记忆深处，戴先生亦师亦友，不仅治学严谨，而且对他的生活也关怀备至。在他的影响下，段文洋对专业领域的国际前沿问题有了更深入的探索，并形成了自己的体系。
段文洋一直以人生路上不同的成长阶段都有“贵人”提点而感到幸运和自豪。他们各自身上闪烁的光芒，无论是从研的态度还是做人做事时所展现的精华品质，对他来说都是一笔宝贵的人生财富，值得他用一生去学习和品味。也正是这些“财富”，让他在近30年漫长的科研道路里，一路披荆斩浪，收获了常人难以匹及的硕果――
勤科研：
机遇留给有准备、会创新的人
每每谈及自己研究的对象，段文洋总是充满感情。
人类自诞生以来，就从未停止过对海洋的探索。而这一切的前提，都离不开一种最基本的工具――船舶，它是人类探索和开发利用海洋的功臣。但是，您知道船舶是如何浮立于蓝海之中吗？当它受到风、浪等外力作用时如何能像“不倒翁”一样不倒？而它又是如何实现在水、甚至风浪的阻行中安全、舒适地向前行驶，且保持可控的？这些，实际上与船的浮性、稳性、快速性、耐波性等基本性能有关。
从史前的原始木筏，到今天的高科技船舶，人类无穷的智慧和创造力也在船舶上得到了完美体现。如今，依然有一群专家，为了使船舶性能达到更高目标而不断努力。段文洋，是其中一员。20世纪90年代初，在跟随贺五洲教授攻读硕士学位的时候，他逐渐总结出了一套自己的研究思路和方法，并开始“站在前人的肩膀上”尝试创新。
设计耐波性能良好的船舶、保障船舶海浪中航行的安全性和经济性都离不开船舶耐波性的合理预报。其核心科学问题就是航行浮体对波浪的绕射问题和航行浮体的水波辐射问题。行内有句通俗的话来概括这两种问题，即假设水动船不动时，就是绕射问题；而船动水不动时，就是辐射问题。
传统采用二维切片理论来解决这一问题。该理论虽然简单，但水动力计算采用线性自由面水波假设，没有考虑非线性自由面条件。
段文洋通过细心研究发现，贺五洲教授创新性地用简单格林函数方法解决了浮体二阶水波辐射问题，而绕射问题没有解决，在导师的鼓励下，他针对二阶绕射速度势问题，提出了匹配边界积分方程算法，大大提高了二阶波浪载荷求解的精度和效率。
“在这一问题的解决过程中，我深刻体会到贺老师的品行风格，这实际上是与他之前的工作创新水平类似的工作，他没有做可能也是因为这一原因，而当我要去做时，他不但鼓励我，而且一点一点地将过去的积累和见解都传授给我，让我少走了很多弯路，尤其是在写论文的时候，大到方向的把控、小到哪怕一个标点符号是否符合标准，他都层层把关、无微不至……”段文洋回忆说。
在兴趣的指引下，段文洋仅用一年时间就把这一创新性工作做完了。尽管可以毕业了，但是他并不急于一时，彼时贺教授拿到了哈尔滨工程大学史上第二个国家自然科学基金，而这一基金涉及的项目与一个居于国际前沿的研究课题――数值水池相关。“与以往偏向工程不同，基础研究能够帮助我们更深入理解事物。”做这一项目，段文洋和贺五洲教授做学问的初衷是一样的。而他后来在数值水池领域所取得的一系列创新成就，都得益于这次基础研究。
1993年硕士毕业时，段文洋将他在二阶波浪绕射速度势理论方面的探索和在数值水池基础研究方面的成果集结成，赢得了业界的广泛关注。
“万丈高楼平地起”，吃到创新甜头的段文洋更能体会到创新的可贵。因而在跟随博士生导师戴遗山从事科学研究的时候，他毫不犹豫地选择了当时在国际领域都没人做过的船舶大幅运动非线性水动力研究。为研究这一命题的可行性，他用了将近半年的时间。而在研究的一年多时间里，他经历了无数次失败。“创新不可能永远是一帆风顺的”，对创新深有体会的他显然知道挑战难免要尝到失败，而他更享受一番磨砺过后柳暗花明的成就感和价值感。为早日寻找到他所需要的解决方法，那段时间里，他没日没夜地埋首于国内外各种相关文献中。浩瀚书海里潜藏的巨大知识宝库，不仅能够帮助他寻找解决方法的灵感，还为他之后将专业领域里的相关知识和顶尖科学家信手拈来埋下了深刻伏笔，福及一生。
“在整理博士论文时，我深刻体会到了戴老师的精益求精和精深的学术造诣。在他指导下，我摒弃了之前论文平铺直叙的写法，而是从问题引导至方法，从简单到复杂，充分摆出论证和论据形成思辨体系……”这一论文最终获得了教育部首届全国百篇优秀博士学位论文奖。
“永远前进”，是段文洋的一贯态度。虽然科研取得了一定的成绩，但他并没有满足于此停滞不前，而是抓住一切机会不断提高自己。
博士毕业后，段文洋留校任教，日子过得相对平稳。于是他又到中国舰船研究院船舶与海洋工程博士后流动站（702所）做了两年的博士后。且于1998年前往英国Southampton University任皇家学会研究员。
侨居海外的一年时间里，段文洋除了日常的科研工作，把大部分时间都放在了图书馆。他把国际专业领域里的文献和著名期刊几乎都读了个遍，为自己储备了很多居于国际前沿的知识和思想。这边在国外全心积累的同时，那边国内的好消息纷至沓来：先是他的博士论文获得全国百篇优秀论文奖，并因此可以获得申请专项资助的机会；二是他申请的国家自然基金获得批复；再就是先后获得新世纪优秀人才、长江学者特聘教授……
虽然身居海外科学殿堂，但大洋彼岸祖国对优秀人才张开的怀抱让段文洋在结束工作后义无反顾地回到了这片能助他实践梦想的温土，凭借各项资助，加上他在国际领域积累的前沿学术知识和广阔的人脉，此后，他的科研之路显得更具前瞻，融会贯通、游刃有余。
新世纪之交，段文洋的研究方向在原基础上向更深、更广的领域延伸，面向高性能舰船、节能减排船舶、新型深海平台等船舶与海洋工程领域发展前沿需求，系统地研究和发展了船舶与海洋浮体在波浪中运动的水动力学新理论，包括在海洋浮体波浪漂移力理论研究方面和在流体与结构物砰击模拟理论领域有诸多创新贡献。系列成果发表在应用海洋研究、海岸工程、伦敦皇家学会会刊等国际期刊上。
尤其在数值波浪水池理论这一国际前沿领域收获丰硕。近十年来，研究非线性波物相互作用的数值波浪水池技术（NWT）成为前沿，凭借对科学前沿敏锐的洞察力，段文洋利用优博资助在这领域展开了深入探索研究。
2003年，前往英国伦敦访问的段文洋在听报告时了解到拉格朗日无网格法，他敏锐感觉到这一技术的发展潜力，恰巧在伦敦书店找到介绍这一技术的专著，回程时在飞机上就开始研究，一个礼拜后，他率先在船舶与海洋工程领域开展基于拉格朗日粒子的无网格SPH计算方法研究工作，并因此提出了高阶精度的无网格K2_SPH新理论，发展了模拟波浪翻卷、破碎的全非线性数值水池新技术。此外，他还针对非线性和强非线性波浪模拟的挑战，发展了可模拟三维非线性水波传播的流体层析GN理论高效新方法。
值得一提的是，博士毕业后十几年的时间里，他一直坚持思考和研究高精度船舶水动力计算理论方法，2010年，他独创性地提出泰勒展开边界元理论，解决水动力学方面一直难于精确解出的非光滑边界流体速度问题，终于达到了现有方法中的最高精度。这是2008年，段文洋教授与戴遗山教授合作中文专著《船舶在波浪中运动的势流理论》时的一个悬而未决的问题。
“回顾这些年，我其实就干了一件事情，就是围绕数值水池这一大的研究方向在走，我一直坚信只要确定了自己的目标，你需要做的就是持之以恒地朝前走，不管走多远，你终会有所获……”一生只干一件事情，对段文洋来说，惟一心一意，才能到达大洋彼岸。
奔未来：
承前启后向深蓝
“一花独放不是春，百花齐放春满园。”从20世纪80年代到新世纪初，十多年埋首向前，风雨磨砺，当年那个不知海为何物的农村娃已经成为国际船海专业领域知名的专家。而此时的他，肩上更多了份承上启下，带领学科发展和培养新人的重任。
从2001年至2009年间，他担任了哈尔滨工程大学船舶工程学院副院长，且从2008年后担任深海工程技术“高等学校学科创新引智计划”（又称“111计划”）引智基地负责人。
近十年来，他一直积极致力于开展国际学术交流和引智工作，在“111计划”支持下，他和团队引进欧美大学和研究机构的杰出人才为学校柔性教授。借助这些举措和充分发挥他在海外人才的学术影响和联系渠道，多年来团队引进了很多国际领域的杰出人才来校工作和引荐海外先进研究机构进修学习等。深海工程科学与技术创新引智基地的设立有力地促进了深海工程技术创新团队的发展和船舶与海洋工程学科创新。
“执世界之手，与时俱进”是段文洋笃定要走的路。引进来的同时，他还不忘带年轻的后辈们“走出去”。出去不仅是为了拓展视野，把先进的技术和思想引为己用，还能让世界认识到中国近几年来在船舶海洋工程领域所取得的成就，树立起“海洋强国”的形象。
难忘新世纪初，段文洋开始有意识地领着学生去参加国际学术会议时甚至还不为人所知；如今，他所在的团队在国际领域的交流已经成为常态。说到段文洋，国际船海领域的很多知名专家都非常赞赏。而这一变化，得益于他多年来坚持开展的国际交流活动。
国际水波与浮体会议（IWWWFB）是海洋流体力学和水波研究领域的顶尖国际会议，旨在促进这一领域里活跃、顶尖的科学家就前所未有的创新想法与年轻人充分交流和分享，段文洋早在十几年前就坚持参加这一会议，先后担任IWWWFB2010大会主席和两届分会主席。
近几年来，他还先后担任了“国际海事技术会议-ICMT”2012大会主席、第7届国际船舶流体力学会议IWSH主席；两次在国际海事组织环保会（MEPC60）上代表中国做大会报告；曾任国际船模水池会议（ITTC）船舶在波浪中稳性专家委员会任东亚区代表和委员……
“过去是我们坐飞机去国外参加国际学术会议；如今我们也让他们尝尝旅途的滋味儿，让他们到我们这里来开会，我们来担当主角！”谈笑间，一个海洋强国崛起的希望展现无疑。
谈起自己的后辈，段文洋很欣慰。他的第一个博士生郑兴曾跟从吴国雄教授和马庆位教授把无网格计算流体力学理论研究发展到了第4代；马山、赵彬彬两位团队的年轻教授都在各自的研究方向上学术颇有建树，每个人都获得了两个以上国家自然科学基金项目……曾经，沐浴在戴遗山等老一代科学家的悉心教导下，无论是科研还是做人做事都获益匪浅的段文洋，如今，也很想把那样的品格潜移默化到未来一代身上，让他们在未来的道路里能够沿着正确的方向一路走得顺畅。
流体力学在船舶中的应用范文2
关键词：船舶节能 船型 阻力 动力装置
中图分类号：U664.1 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）07（c）-0070-02
由于船舶属于一个整体，在节能方面，对船舶的考虑不应该仅局限于对动力装置的考虑，还要从船的阻力和推进效率等方面进行考虑。尤其在面对目前油价不断上涨的今天，单纯降低能耗已经无法满足节省燃油费用的需求。为了获取经济效益和环境保护的双重利益，根据不同船型进行总体调配，以从而节约成本、节省燃油费、降低能耗使船舶推进效率获得提高。
1 几种船舶节能性能分析
1.1 小水线面双体船型
由于排水在水下，受到兴波阻力的影响要小于其它小船，但是却增加了摩擦阻力，因此，可以通过将大直径低转速的螺旋桨安装到该型船中，可以更有利于水下水流工作，使推进效率得到加强，从而达到节能效果。
1.2 双艉鳍船型
由于艉片细长利于避免船舶受到波形干扰。同时，通过加长船艉压浪长度使尾部的尾流分离状况降低，减少了各方面带来的阻力，并且通过片体螺旋桨轴的伸出，使桨轴间距加大0.5B左右，流场状态得到改善等。该船型不仅航行好、速度快、阻力小，而且操作灵活方便，节能达26%以上。
1.3 球艉和球鼻艏船型
在船体水线艉部区设有端形体，通过流体力学原理不仅能够降低兴波阻力，而且还能够减小激振力和提高推进效率，使主机节省10%左右的功率；而后者根据实际船型设计进行优配，不仅能够抵消球鼻艏与船体艏形成的波，还能够调节船的纵倾，减低阻力，使节能效果达到15%以上。
除此以外，新型纵流槽和潜吃水肥大型船型也是目前国内外船舶船型节能的最佳选择。
2 加强推进效率节能
为了使船舶推进效率获得加强，可以采用舵球、扭曲舵、浆前导流鳍、浆后自旋助推叶轮等匹配方式使船舶节能。首先，在螺旋浆后面的舵叶导边和轴线处安装舵球，并且与浆帽相对，球体和椎体分别在端部和向后延伸处。由于舵球的安装正好填补了螺旋桨后面的低压区，因此桨叶间的压力被减小，增强了螺旋桨效率；其次，充分利用螺旋桨尾流处的能量，通过扭曲节能舵减小未打舵角时的阻力；第三，采用中央冷却技术，中央冷却系统是指各种设备的低温部件和高温部件都采用淡水闭式冷却，在中央冷却器中，实现低温淡水和海水的热量交换，与海水直接交换热量的只有中央冷却器，海水系统属于开式冷却。中央冷却系统由海水系统、低温淡水系统和高温淡水系统组成。最后，为了减小水流对螺旋桨造成的影响，通过桨前导流鳍和桨后自旋助推叶轮，前者在改变与螺旋桨旋转方向相反的旋流情况下使螺旋桨效率提高达到节能效果，而后者主要是在桨尾流作用下自由转动形成附加推力使螺旋桨效率提高达到节能效果。例如：在500 t的海货船上安装扭曲舵后，其节能效果能达到10%左右。如下图2所示。
3 船舶阻力减小节能
由于有很多因素都会使船舶阻力受到影响，因此，在减少船舶阻力方面可以通过优化船舶的船型和线型、使船体粗糙度减少、船艉附体等方法来减少船舶阻力达到节能作用。一般的船型和线型有：球鼻艏、艉端球、球艉、艉鳍、纵流、小水面双体等。其中，由于球鼻艏主要由双球鼻构成，因此，又称减阻节能球鼻艏。如下图1所示。
通过调查发现，该减阻球鼻艏能够使兴波阻力获得有效减少，并使节能效果达到16%以上。当船舶长期使用以后，船壳就会出现腐蚀和污底沉积严重等现象，导致耗油量增大。因此，采用防污涂料、电解海水防污、定期清理污底、打砂船壳板等方式减小船舶因粗造度形成的阻力。除此以外，将10 m微缝板安装于船艏两侧，当空气喷出时所产生的微气泡来减小受水的摩擦，从而节省燃油的消耗，达到节能的目的。
4 加强船舶动力装置效率节能
历经几十年的发展，我国已经步入世界焊接大国行列，在造船领域中位居世界第三位，但依然称不上是焊接强国。造船焊接工艺方法多样化一直是摆在造船焊接技术人员面前的重大课题。我当前的造船焊接工艺及方法已经超过四十种，已经获取船级社的认可。高效焊接技术不但可以在散货船、集装箱传以及油船等主力船型中进行应用，而且还广泛应用于液化天然气船、大型散装箱船、液化石油气船以及大型油船等。
在船舶动力装置中，主机的合理选择是加强船舶动力装置效率，达到节能最佳方式之一。因此，本文中将采用由主机和电动机、主机离合器和电站管理系统、轴带发电机和废气锅炉，以及蒸汽透平发电机和动力透平构成的混合动力装置来降低船舶耗油量，达到最佳节能效果。首先，通过主机缸套水与扫、空气热能混合动力装置向锅炉给水加热，并回收排气热能，利用所形成的蒸汽控制蒸汽透平和动力透平，从而控制发电机。其具体模式为：当船舶辅助设备电能低于所提供的电能时，那么多余电能将通过轴带电动机使螺旋桨的输出功率得到提高；相反，则通过轴带电动机进行补充；当主柴油机功率低于推进功率时，通过热能回收和副机驱动轴带电动机使螺旋桨的输出功率得到提高，相反，则通过副机驱动轴带电动机，以提供航行动力。不仅能够使柴油机安装功率得到减低、使推进装置的冗余性获得提高，而且还能够使电站管理系统得到优化、减少耗油量和污染等。
总而言之，在船舶节能中，节能技术有许多种，除了加强推进效率和船舶阻力减小，以及加强船舶动力装置效率外，管理和维护节能也是船舶节能技术中的不可缺少的。根据船舶实际情况综合利用和选择合适的节能方式，才能使节能效果达到最佳状态。
参考文献
[1]赵正平.船舶绿色制造技术再探[C]//中国造船工程学会2007年优秀学术论文集，2008：45-46.
[2]潘志远，周兰喜.船舶推进中的节能技术研究[J].江苏科技大学学报：自然科学版，2011（5）：123-124.
流体力学在船舶中的应用范文3
起止时间：2011.4.18,2011.7.8---2011.7.22
哈尔滨6.18，地点哈尔滨江北造船厂，我们参观了厂区现况。
大连7.8，于中国人民第七八一四厂，作者听取了周老师关于工厂简介讲座，之后进行现场305艇陈列处参观及对展厅参观。7.9,于铁建宾馆听了大连厂资深专家金老师关于船舶总装及工艺过程的讲解。7.10,在大连老虎滩旁参观104舰。7.11亦于铁建宾馆，听取金老师关于船体建造工艺现状各个流程的讲座。7.12---7.14奔赴大连船舶重工集团有限公司（CSIC）进行为期三天的实习:7.12上午，安全意识讲座及大连船舶重工发展简史，主讲人韩主任；下午对建造现场和船坞进行了参观。7.13上午，沙明文科长对船体设计展开了详细的叙述；下午，有关老师进行了船舶总体相关介绍；。7.14上午，袁工程师讲述轮机工艺概况；下午，原哈工程船舶工程学院教授佟福山讲述了造船业的特点及现在学习对未来工作的影响。7.15，作者前往大连船舶重工海洋工程有限公司场地对钻井平台进行参观。7.16，参观军港701号猎潜艇，潜艇上军士介绍关于猎潜艇的一些概况。7.17，作者先去中远船务（COSCO）大连总部对公司整体有一定的了解，之后去中远船务大连工地坐车现场参观。中午赶赴旅顺开始4天旅顺的实习。
旅顺7.18先去大连滨海船厂，之后于中铁渤海轮渡码头观看烟大轮渡靠岸情景。7.19，上午去6号码头参观164号导弹驱逐舰，下午去5号码头参观北油560补给舰。7.20
二、实习收获和体会
在本次实习之前，虽然在船舶工程学院学习了2年，但是对船舶的认识还是比较缺乏的，尤其对船舶的整体和感官上的认识甚少。另外，作者一直对船舶方向的工作性质和以后可能从事的工作方面没有太多的考虑。经过这次的实习，可以说自己在多方面有了很大的进步，特别是在以后从事工作方面有了一定深入的思考和规划。另外，不但实际见到真正的船体结构实物，亲眼见证书本上所记叙的船舶构造组元，也明白了书本知识和实践经验之间相辅相成的关系。当然，自己的专业知识依然很少，还得不断的努力学习，不断的向目标靠近。
本次在技术层面上自己的收获主要体现在以下方面：
1. 通过相关专业讲座，我加强了船舶专业性相关知识的认识，了解船舶行业的运营模式，了解船舶工业从提出需求、下订单、设计、生产制造、使用的全过程生命周期；并了解了船舶的建造的几个基本工艺流程，生产设计—放样--号料—零件加工—结构装配，舾装、涂装，密性实验，船舶下水，码头舾装，系泊试验，试航，交船。并对各个流程工艺及相关技术有了一定的深入学习。
2. 通过现场工地的参观，对船舶的基本构造，并将现场所见和书本知识联合起来，对船舶及其一些部件有了感官上整体性认识，如对横梁、甲板、龙骨、底板、平台都有了形状上的感触，此外，对钻井平台，船舶分段结构也有了一定认识。又如船舶的零件加工板的拼接、剪切、装配等等。
3. 见识到一些不同类别的船舶，如猎潜艇，轮渡，潜艇，开阔了自己的眼界，也对各种船上机舱区域、上层建筑、甲板区域及各个舱室陈列布置有一定的了解。并认识了各种船舶的特点。
4. 对船舶的作用有了些许了解。如：在大连重工就对油船，集装箱船及货船用途有了相关学习。相应各种船舶的用途特点也决定了各类船舶的制造特点及形体要求。如烟大轮渡在其运输火车的一对五轨道对接技术。
5. 安全常识。作为重工行业，船舶工程行业的安全教育不容半点疏忽。感受最深的去每一个厂区参观的时候第一个要强调的就是安全意识，到工地实习更是要佩戴安全帽等。可见，安全在这个行业尤为重要。
6. 认识到船舶的推进和其发动的原理并对战斗潜艇的结构(甲板，舱室等等)、动力（主机发动:气启动和电启动）、导航（雷达系统）、指挥系统（罗经）等有所了解。并且了解到其上的武器特点及武器作战水平，如对每种艇的主炮直径、射程、作用都有一定的介绍。
7. 对船舶行业的前景及发展有了一定的认识。了解到该行业仍是很有发展潜力的，该行业在国民生产中的地位不可动摇，近年来，国家仍加大力度投入到该行业发展中。同时，我国造船业同其他造船先进国家在有些技术方面仍需加强。
8. 当今的学习和今后该方面工作的关系，就如从事船舶行业应该定向自己是从事设计、管理、经营、生产哪个岗位。更参观了大连重工、中远船务这些大型的船舶公司，更明白了这些国内大型公司对人员的要求。就如：中远船务对英语就有很明确的要求。可以说，这次实习更加确定了我今后的学习目的，明确自己的工作方向。
三、实习一些补充及建议
1、 对大连重工集团有限公司生活，安全相关措施的意见。在大连重工的参观可以说是十分的艰苦，作为国内船舶制造方面的领军集团，作者觉得其在生活、安全方面有待加强。首先，工厂内部的噪音灰尘非常大，特别是烟雾对人的危害也是极大的，建议工厂应该安装一些室内有效的排烟气措施及改善现场的施工条件。另外，通过作者亲自对大连重工的生活饮食体验，大连重工在生活条件方面过于艰苦。据作者了解，国外很多大型的船厂其在住宅，办公区域的条件是不错的，但是大连重工着实过于简陋，建议工厂应给加强厂区建设，特别在饮食方面应当加强，保障好工人的后勤工作。此外，不难发现工人的脸上幸福指数十分的少，可见，工厂应当给予更多的工人活动，从而加强工人的工作之余的休闲放松。
2、 环境方面的建议。在参观猎潜艇及潜艇等处，都注意到一处共同的特点，即是在停泊码头处的水都非常的脏，无独有偶，在船坞建造的船舶周围水质也很差，水面漂浮物几多，原油污染严重。可见，作为重工行业的船舶对水质的污染十分大。而在倡导保护水资源的现在，更应该注意水质的保护。船厂方面用油前要注意检查油管的阀门，管道防止漏油，并建议国家相关的组织应当及时派组织进行水质检测监督，并用相关仪器净化水质减少污染，从而保护船舶建造周边的海洋资源。另外，环境还表现在厂区的施工环境，无论是在中远船务这样的大型船厂还是哈尔滨江北船厂等小船厂，现场的施工环境还是有待提高，应当加强绿化，同时减少毒气噪音对人体的影响，相关作业人员更应佩戴防毒气影响的面罩，及减震耳塞等。
3、 上层建筑安装建议。通过老师讲解作者了解到传统的上层建筑安装工艺是：大量的舱室舾装工程要待船体下水后于码头上进行，这样船舶建造周期长，工程作业条件差。通过查阅，上层建筑的整体吊装工艺相对就能节省很多资源。其内容是：当船体在船台上建造的同时，将上层建筑作为总段在专用平台上进行装焊和预舾装后，整体吊运到船上安装的新方法，采用该项新工艺可扩大平行作业面，改善施工条件，提高舱室预舾装率，缩短建船周期。采用上层建筑整体吊装工艺，同时可以应用简便而可行的板架稳定性的强度校核方法，采用了预舾装而不拆的永久性加强及稳而迅速的艉吊方案；设计了特殊的定位装置，使上层建筑在整体吊装过程中实现了准确又方便的定位；此外，应用上层建筑侧壁延伸的吊攀形式，可使之安全而不影响内部舾装工程的进行。
4、 关于气囊下水相关建议。在滨海造船厂参观的时候，经理曾介绍到船厂的船台过于老式，工厂打算建造新的下水船台，作者在这里建议可以采用气囊下水船台。据调查这样比较适合像滨海船厂这样的中型造船企业。船舶使用船用气囊下水的过程原理方法：在船舶船体结构合拢完工后，把船台清理干净，铺上黄沙，放入气囊，充气后撤出船底部铁墩，在用牵引绞车控制船舶下水。气囊下水应该精心设计船舶气囊下水的船台和折角型下水坡道；根据船舶重量，重心位置，船底线型，下水坡道坡度，水位高低等等进行气囊下水计算；对每只气囊在滚动的每一个行程，尤其是在船舶产生艉落和艉上浮时的内压和内应力应有计算依据。对于滨海船厂这样中型造船厂来说，使用气囊下水方式主要节省资源、时间，方便从而大大提高了船舶下水效率
5、 对于船体放样中型线检查光顺理论方法补充。在老师讲解下，作者了解到船体型线要求型线必须光顺，但是检查光顺的理论方法却不得而知。于是，笔者展开了查阅了解到以下方法。曲面有这样一种性质光顺的曲面和任一平面的交线一定是光顺的。同理，若船体曲面是光顺的，则任一水线、横剖线和纵剖线一定是光顺的。反之亦然。所以，可以通过光顺这些型线达到光顺船体曲面的目的。对于各种规则曲面（如柱形面、锥形面和回转曲面等）的光顺，只要从曲面形成的原理入手，就很容易找到简捷的光顺方法。例如：双板舵的整流帽表面是由抛物线曲线回转而成的曲面（回转曲面），只要光顺该抛物线（母线）就能获得光顺的曲面；又如：尾轴壳板的光顺，只要光顺其与轴向法面的交线就可以了。但对非规则的船体曲面，它不存在上述母线，而是由许多给定平面（横剖面、纵剖面和水线面）的相互交线（网格线）上的空间型值点来确定它的形状。这类曲面的光顺要比规则曲面复杂得多，当型线光顺需要在某一剖线图上修改某一点时，必然会引起它在另外两个剖线图上投影的变化，因此，应作相应的改动和型线光顺，直至三个投影面上均光顺、一致为止。
6、 104驱逐舰及701猎潜艇相对落后之处和及对现代舰艇的一些建议。104驱逐舰从建造到现在也有70个年头了，其上有很多设施相对来说都已落后，其表现在（笔者仅列举几个方面）：该舰的主炮口径小，对空导弹数量偏少，舰载相控阵雷达的位置低。从作战和防卫的角度来看，我们都要换装新型大口径火炮，这样，不但可以大大提高舰载主炮的火力，还可进一步提高主炮的打击密度。此外，驱逐舰的首楼还要再加大高度，以提升相控阵雷达的位置。在提高相控阵雷达的高度后，加大相控阵雷达的内倾角度，减小首楼前平面的横向宽度。这样一来，即提高了相控阵雷达的有效探测距离，也进一步加大了前甲板防空导弹的灵活布设能力。同样对于701猎潜艇来说，主炮口径小，打击密度不足，建议更换射程更远的主炮并采用自动遥控方式控制提高射程精准度。另外，主发动机12V230-GC的动力不足，可采用转速更快，功率更高的发动机。再者，镗式发射炮人工装填难以保证其最大射速，建议采用弹链供弹方式，不仅能够提高射速，而且相对于自动供弹机而言，成本较低，易于改装。
7、 对于民船建造的一些建议。我国民船现在的制造工艺也都采用了壳舾涂一体化区域造船等先进技术来提高造船效率。但是也应看到我国民船制造的质量与世界先进国家还是有一定的差距。我国民船质量方面一定要层层把关，相关人员要严格的按照制船标准检查。另外民用船舶要加强技术革新，推广新技术。比如：在松辽船厂参观的玻璃钢船系列，玻璃钢材料质轻、强韧性好，并且加工制造过程相对简单，相比其他一些材料具有外形平稳，耐腐蚀冲击好，就可以广泛的推广到民用渔船，游艇等方面。
四、实习后感悟：自身差距，应对措施及发展目标<莲山课件>
1、 最重要的就是专业知识的学习。笔者清楚记得佟福山教授向我们说过如果以后从事技术研究方向的话，在大学所学的知识基础就相当重要，特别是要对自己的专业有一个较为明确的认识。即是说：像大学本科船舶工程学院的流体力学，结构力学，材料力学很关键的学科一定要扎实掌握。笔者而不得不承认在这些力学方面下的功夫欠缺，所以在大三这一阶段除了巩固之前的力学知识更要把船舶专业课学好。再者，大学四年后更大的可能还是选择读研，所以，把理论知识学好显得极为重要。
2、 英语是必须强化的科目。在中远船务参观，特别是听哈工程学长介绍像中远这种中外合资企业因为要常与外国人打交道，英语尤为重要。船舶本身就是一个世界接轨的行业，所以英语能力一定要加强。
3、 笔者希望以后能够从事船舶经营方面的工作，即是说在大学除了修好本科的课程外更应该加强经管知识的学习，为以后走上工作打好基础。
4、 计算机相关操作应当加强。船舶工程中很多设计到图纸和模型的概念，这些图纸的绘制和模型的建立都是得益于计算机的帮助才实现的。自身在这方面知识尤为欠缺，对相关软件几乎没有接触。所以，在今后的学习中要尝试自己动手操作，多接触相关软件用法。
5、 树立细节精细的意识。因为造船行业将来不论是技术施工还是研究设计都来不了半点马虎，从现在开始就应该从细节要求起，保质保量的完成任务。
6、 对工程技术及流程工艺应该加强认识。自身在这方面是很不足的，所以应当对材料的性能，材料加工的工艺流程多些认识。就比如军工实习对一些工种的认识就当深入些。同时要培养自己对工程的兴趣。
7、 培养交流意识和大局观念。像船舶这种需要交流的行业，不仅仅是与自己的船东交流，还有同一个团队的交流都决定了最后造船的效率。所以一定要会交流，懂交流，顾全大局，运筹帷幄。
流体力学在船舶中的应用范文4
关键词：空化射流;空化喷嘴;金属线材;清洗
中图分类号： TB492 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2016）33-186-4
0 引言
目前标准件金属线材生产行业中，盘圆的除锈主要是采用化学的方法，利用酸洗除锈。这种方案对于大气、土壤、地表水和地下水都有很大的污染性，并且后续无害化处理成本很高。所以找到一种对环境无害、成本在可控范围内的盘圆除锈方法就显得较为迫切。空化射流除锈方案就是在目前这种情况下提出的。
空化射流的原理是通过外部条件在流体内部诱发空化效应，产生大量的空化泡，这些空化泡破灭时产生的能量高度集中，其作用面积非常小，从而在物体的表面，许多极小面积的区域会产生应力集中和高冲击力的现象，这就给所受物体带来空蚀破坏，进而达到清洗的目的。
空化射流技术是将空化作用引入到高压水射流而形成的一种新型高压水射流技术，在同等条件下，空化射流相对于普通高压水射流具有破碎和切割能力更高的特点。时下空化射流已在船舶表面清洗，建筑物表面清污等行业应用。用在盘圆除锈的工艺当中，产生空化射流的理论基础是可靠的，技术是成熟的，是完全可以实际应用的。
1 空化射流清洗标准件总体方案设计
整个方案工艺设备包括盘圆释放装置、剥壳及校直装置、表面清洁装置、空化喷嘴、烘干室、清洗水回流及初步净化设施、储水池、加压泵、拉丝装置和收卷机构等，其中剥壳及校直装置、表面清洁装置是在一个相对密闭的清洁室内完成，其目的是减少污染，改善工作环境。
1.1 盘圆释放装置
盘圆释放装置底部为一个基座，基座中央安装有轴承，支撑一个圆盘，圆盘上固定用圆管或其他形式的轴芯，圆盘下有一个强度足够的轴安置在基座上，在外力的作用下，可以让圆盘绕轴做旋转运动。未处理的线材可套放在其上，当拉拽线材时，整卷的线材随轴芯一同旋转。它的作用是约束盘圆，使其按照要求释放。
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图1 盘圆释放装置
线材是以盘圆的形式整体套装在中间的轴芯上的，四周有3～4个定位杆约束盘圆，线材进给的动力是由最后工序收卷机构提供的，线材沿箭头方向进给，同时拽拉轴芯旋转，实现盘圆的有序释放。
1.2 清洁室
清洁室的入口有一个导入器，是用金属圆管加工而成，内部安装有剥壳装置及表面清洁装置。清洁室底部有开口，开口下部有一个方便取放的金属废渣箱[1，2]，用来收集从线材上清洁下来的铁锈及其他附着物。
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图2 清洁室示意图
1.2.1 剥壳装置
剥壳装置的作用是校正有一定弯曲和不很规则的线材，并可以起到对线材表面附着的不很牢固的锈蚀及其他多余物进行初步清理。包括2组以上的校直轮组及安装它们的机架。线材进入清洁室后，首先被第1组滚轮左右校正，使本来因盘卷而弯曲的线材在第一组滚轮的前后碾压之下得到初步的校直;线材通过第二组轮，经过上下有一定弧度的弯曲，对线材的金相有一定的改善，表面因不同方向的拉伸和收缩，可使部分锈蚀及附着力不强的其他污物脱落，完成初步的剥壳。
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图3 剥壳装置
1.2.2 表面清洁装置
由2个以上的刷子组成，布置在线材的两侧，刷子由电机驱动，以合适的速度旋转，按照一定的顺序布置。钢刷的材质为金属，如果材质过硬或压在线材上的力较大，会在线材表面留下划痕，影响产品的表面，可能造成最终产品的不合格或品质下降，刷子材质过软或压线材力过小有可能达不到表面清洁的要求，所以具体的形式需要经过试验验证。电机及刷子需要采购，其他的需要自行设计加工。它的作用是用物理的方法尽可能去除线材表面的锈蚀，为后续工艺做准备。
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图4 表面清洁装置
1.2.3 空化喷嘴
空化喷嘴是组合使用的，固定在线材的不同方向，向线材同时喷射空化水流，水流涵盖线材横截面的整个圆周，不可有死角。要实现这个目标，首先保证喷嘴数量，最少是2个。喷嘴在工作时还要可以在一定的角度内来回转动。它的作用就是利用产生的空化水流，不断地冲击线材的四周，达到深度除去锈蚀的功能。
具体的喷嘴数量以及喷嘴是否需要转动还要根据实验装置的效果来定，实验装置中需要为可能的设置留有接口。
空化射流除锈是用水作为除锈介质的，所以整个过程会产生很多混有铁锈及其他杂质的污水，这部分污水需要收集起来，一是减小环境污染，二是为了循环利用。所以这部分应当处于相对封闭的腔体内，这就是清洗室。清洗室有线材进出口，可以固定空化喷嘴，有为喷嘴提供高压水的入水管道，还有收集产生废水的回流水道，如图5所示。
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图5 空化喷嘴
1.3 烘干室
烘干室由风机、热风嘴、导入嘴、导出嘴及密闭的烘干室组成。烘干室可以营造一个个封闭的环境，将热风嘴产生的热量圈禁其中，内部的温度较高，线材在上一道工艺粘连在其表面的水分在这里烘干。
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图6 烘干室示意图
如图6所示，热风嘴中有加热装置，当循环风机将热风送入热风嘴后，空气带走加热装置的热量，吹向穿嘴而过的线材，气化附着在线材表面的水分。烘干室是一个密闭的空间，出入口各安装一个金属管，可以通过线材控制热量流失。循环风机应安装在烘干室的外面，一端通过管路与室内连接，另一端有管路接到加热嘴。
1.4 清洗水回流及初步净化设施
净化设施由篦子、管路、除铁器及沉淀池组成。清洁室内冲洗完的污水通过回流嘴沿管路回流，中间有磁性除铁器，将污水中的部分铁锈去除，污水继续流入沉淀池。在沉淀池中加入一些絮凝剂，经过重力沉淀，上部相对清澈的水溢流到清水池就可以继续使用了。这道工序可以节约大量的水资源，有利于环境保护。
1.5 加压泵
提生射流的压力，一般是柱塞泵。加压泵的出口通过高压管连接到空化射流喷嘴，入口前需要安装一个目数较高的过滤器作为精滤器，保护柱塞泵。精滤器通过管路连接到一个粗滤器，粗滤器被放置在清水池中，可以方便汲水，粗滤器可以过滤掉水中较大的杂物，其作用一是保护精滤器，二是提高效率。
1.6 拉丝装置
线材通过拉丝装置实现变径。它的原理是线材通过一个直径由粗变细的合金部件，在收卷机构提供强力拉拽之下，线材被挤压塑性变形，直径由粗变细。如果一次变径不能满足要求，可以多次重复此工序，直至达到要求为止（图7）。
1.7收卷机构
提供线材变径的动力，并使变径后的线材成卷，方便运输。
2 关键技术
2.1 喷嘴的作用及要求
整套方案的关键技术就在于空化喷嘴，喷嘴的性能，结构合理与否直接关系到使用寿命及除锈效果的好坏。一部分资料也有对空化射流喷嘴的形式有所提及，只是应用场所不同，有一定的借鉴意义。
喷嘴是水射流发生装置的执行元件，喷嘴的作用是通过喷嘴内部的孔横截面的收缩，将流经喷嘴的高压水的能量聚集，并转化为动能，然后以高速度向外射出，以产生对工件的有效冲击作用，使得线材上铁锈及各种污染物脱落，从而达到清洗工件的目的。
喷嘴直接影响到水射流的品质和效率，为了能够达到有效清洗工件上污染物的目的，相对理想的喷嘴应该满足以下几个条件：
①从喷嘴射出的水束能够有效地将压力转化为对工件污染物的冲击力;
②水射流流畅，不容易产生堵塞的现象;
③在能够有效清洗的前提下，尽可能使水耗达到最低;
④在能够有效清洗的前提下，保证喷嘴拆卸方便，并尽可能降低制造成本;
⑤喷嘴的压头损失应尽可能地小，并能够产生稳定的水射流，以利于对工件污染物的清洗。
对于不同形式的喷嘴，所产生的清洗效果也不同，因而我们需要合理地选择喷嘴的形式，从喷射出的水束的形状来看，我们可以将喷嘴分为针形喷嘴和扇形喷嘴，研究表明在高压冲洗状况下，针形喷嘴比扇形喷嘴的冲洗效果好。为了突出空化喷嘴的优势，因此我们选用冲洗效果好的针形喷嘴来与之进行对比实验。
2.2 喷嘴的结构及参数
喷嘴的结构参数主要包括：喷嘴出口孔直径、喷嘴出口孔长径比、入口角和出口角等。针形的喷嘴的模型和空化喷嘴模型如图8所示。
2.2.1 喷嘴出口孔直径
设计一个喷嘴，我们首先要选定的就是喷嘴出口孔的直径，它是确定其他参数的依据[3]。一般地，我们选定出口孔直径时，主要考虑两个因素，水耗的多少和喷嘴是否会有堵塞的危险。而这两个因素成对立关系，即孔径越大水耗相应的就越大，堵塞的危险性越低;孔径越小，堵塞的危险性越高，而相应的水耗越小。结合这两个因素，设计喷嘴时，我们主要以降低水耗为目的，所以尽量取小直径的喷嘴，而堵塞的危险性，我们可通过过滤进水等措施来实现。
孔径关于射流流量和射流压力公式：
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这个公式计算的结果，可以通过图9具体地表现出来。
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图9
从图9中我们可以看到，孔径d对射流流量Q有一个临界值d0，当d<d0时，射流流量Q随d增加的较为缓慢;当d>d0时，射流流量Q随d增加急剧上升，这在高压条件下表现得更为明显。所以我们在设计喷嘴时，出口孔径d应尽量接近临界值d0，因为当d过小时，这增加了堵塞的危险，当d过大时将增加水耗，结合喷嘴模型图与计算公式我们取孔径的d=1，这样一来，我们在降低水耗的同时，也降低了堵塞的危险性。
2.2.2 喷嘴出口孔的长径比
所谓长径比就是喷嘴的圆柱段的长度与孔径的比值，我们用来Z/d表示。它是影响射流状态的一个重要参数，流动系数和流动阻力都受到它的影响。通过它的大小，我们可以知道喷孔是薄壁喷孔还是细长喷孔，流体经过这两种喷孔时所出现的流动状态不同，由流体力学原理我们知道，细长孔具有相对较高的流量系数，故而有较高压力能，即较高的喷射能量转换效率。相关实验研究表明喷孔的长径比f/d取4较为合理。
2.2.3 喷嘴的入口角和出口角
喷嘴的入口角是决定喷嘴流动阻力的主要因素，根据相关机构大量实验研究表明：喷嘴的入口角过小，射流的密集性就降低，并且增加了喷嘴的轴向尺寸;入口角过大，出口边界层的厚度就降低，因而射流的密集性也随着入口角的增加而降低。由此我们可以知道入口角应该有一个最佳值。入口角过大或过小都会增加流动阻力，影响到流动阻力也就影响到流动系数[4]。流动系数μ与入口α角口关系曲线图如图10所示。
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图10 流动系数μ与入口α角口关系曲线图
由图10我们可以知道，在波峰处喷嘴的流量系数最大，其值大约为μ=0.96，与其相对应的入口角的大小约为α=13.5°。考虑到喷嘴的加工要求，我们建议采用入口角α=30。针形喷嘴我们不设计出口角，只对空化喷嘴设计一个出口角，根据现有的实验结果我们选用出口角为60°。
2.3 喷嘴最终模型
通过以上的分析与设计，结合具体实验环境和加工条件，我们将针形喷嘴和空化喷嘴的外形设计如图11所示。
3 结束语
针对标准件清洗行业的需求，本文设计了一种基于空化射流技术的标准件清洗系统，包括盘圆释放装置、清洁剥壳装置、烘干装置和收卷装置。应用空化射流技术，通过对空化喷嘴的结构和参数的研究，实现对标准件的清洗，无论在清洗效果、清洗效率及节能环保方面都远优于传统用设备的清洗模式。
参 考 文 献
[1] 林百春.不锈钢表面处理：酸洗、钝化与抛光[J].材料开发与应用，2006（3）：36-39.
[2] 催温霞，等.铝盐絮凝剂及其环境效应[J].工业水处理，1998，18（3）：6-8.
[3] 王起棣，张慧生.表面张力对固壁近旁空化气泡溃灭特性的影响[J].复旦学报（自然科学版），2003，42（2）：201-207.
