【摘要】：隨著中國海洋事業(yè)的蓬勃發(fā)展,船舶清洗也逐漸受到人們的重視。當(dāng)前我國的船舶清洗,尤其是對海生附著物的清洗基本停留在效率低,環(huán)境差,勞動(dòng)強(qiáng)度高的人工方式。其一直以來困擾著清洗業(yè),亟待一種新型的清洗方式來替代。本文針對船舶海生附著物清洗的特點(diǎn),提出將兩種新技術(shù)——空化射流和輪式清洗爬壁機(jī)器人相結(jié)合來用于船舶清洗的研究。同時(shí)對兩種技術(shù)的特點(diǎn)進(jìn)行了綜述,闡述了將兩項(xiàng)技術(shù)結(jié)合以應(yīng)用于船舶海洋附著物清除的可行性和重要意義。本文以面向船舶清洗為目的,基于輪式清洗爬壁機(jī)器人應(yīng)用,對空化射流技術(shù)的應(yīng)用展開了以下研究:對輪式清洗爬壁機(jī)器人進(jìn)行了整體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì),以實(shí)現(xiàn)在船舶壁面上的穩(wěn)定移動(dòng)和清洗工作,同時(shí)具有輕量化特點(diǎn)。并通過ADAMS軟件對輪式機(jī)器人在附壁狀態(tài)下進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)仿真,結(jié)果表明其能在平面、曲面直行和拐彎狀態(tài)下穩(wěn)定移動(dòng),并輸出了力矩和速度曲線,給出了機(jī)器人的越障性能,同時(shí)輔助和優(yōu)化了設(shè)計(jì)過程。最終完成了樣機(jī)的制作。分析總結(jié)前人對空化射流的研究成果,以計(jì)算流體力學(xué)、數(shù)值仿真技術(shù)、空化理論為基礎(chǔ),以實(shí)際工業(yè)應(yīng)用和清洗效果為目的,設(shè)計(jì)制作了兩種空化噴嘴:風(fēng)琴管結(jié)構(gòu)空化噴嘴和自激振蕩脈沖空化噴嘴。通過FLUENT軟件對空化射流關(guān)鍵件——空化噴嘴的內(nèi)外流場進(jìn)行了數(shù)值模擬和分析,以仿真的角度對兩種噴嘴進(jìn)行了對比,結(jié)果顯示自激振蕩脈沖空化噴嘴的氣含率比風(fēng)琴管結(jié)構(gòu)空化噴嘴更高,空化效果更好,并與試驗(yàn)結(jié)果互相驗(yàn)證。自行設(shè)計(jì)和搭建了空化射流的實(shí)驗(yàn)平臺(tái),通過透明水箱對空化射流進(jìn)行了觀察。通過鋁塊沖蝕正交試驗(yàn)的間接方法和海生附著物樣本清洗試驗(yàn)的直接方法分別對空化射流進(jìn)行了清洗效果研究,結(jié)果表明自激振蕩脈沖空化噴嘴效果更好。同時(shí)研究了壓力,靶距,噴嘴結(jié)構(gòu)參數(shù)等對空化射流的影響,得到了壓力與空化射流沖蝕力正相關(guān),空化射流存在最佳靶距,大約在20mm處等結(jié)果。并根據(jù)噴嘴結(jié)構(gòu)參數(shù)對空化射流的影響規(guī)律,得到了試驗(yàn)過程中最適合清洗應(yīng)用的空化噴嘴。
【學(xué)位授予單位】：中國石油大學(xué)(北京)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：U672
【圖文】：

圖 1.1 船舶清洗Fig. 1.1 Ship cleaning1.1.2 海生附著物危害海洋中的附著在船舶表面的水生生物，動(dòng)植物有上百種，常見的就有 50 種[5]。它們的種類和生長狀況，隨著水文條件、附著基等的改變而不同。季節(jié)的不同也會(huì)影響海生附著物的種類。如圖 1.2 所示為被海生附著物附著的待清洗油輪。海洋附著物種類較多，Nobuhiro Fusetani[6]對海洋附著物進(jìn)行了詳細(xì)的分析。并將其分類[7]：第一類是微生物，這類會(huì)提高整體摩擦力 1%～2%左右；二是軟性附著生物(大型海藻)，這類會(huì)提高整體摩擦力 10%；第三類是硬性附著生物(殼類、貝類、管蟲、苔蘚蟲類)，這類會(huì)提高基體摩擦力高達(dá) 40%，其危害比較大。

圖 1.1 船舶清洗Fig. 1.1 Ship cleaning.1.2 海生附著物危害海洋中的附著在船舶表面的水生生物，動(dòng)植物有上百種，常見的就有 50 種們的種類和生長狀況，隨著水文條件、附著基等的改變而不同。季節(jié)的不同影響海生附著物的種類。如圖 1.2 所示為被海生附著物附著的待清洗油輪。海洋附著物種類較多，Nobuhiro Fusetani[6]對海洋附著物進(jìn)行了詳細(xì)的分析將其分類[7]：第一類是微生物，這類會(huì)提高整體摩擦力 1%～2%左右；二是軟著生物(大型海藻)，這類會(huì)提高整體摩擦力 10%；第三類是硬性附著生物(殼類、管蟲、苔蘚蟲類)，這類會(huì)提高基體摩擦力高達(dá) 40%，其危害比較大。

人工鏟除Fig.1.3Artificialeradication

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本文編號：2805600