Page 230 - 《水产学报》2026年第01期

1 期 张锦涛，等：单股直径变化对等股径三股绳索水动力性能的影响 50 卷

阻力系数，C 为侧向力系数，ρ 为水介质密度 1.2
y
水槽试验 flume test
3
(998.3 kg/m )，S 为迎流面积 (原型绳索在来流方 数值模拟 numerical simulation
1.0
2
向的投影面积，m )，U 为入流速度 (m/s)，D 为特
征长度 (原型绳索的公称直径，m)， ϑ为水的运动 0.8
−6
2
粘性系数 (本研究取 1.006×10 m /s)。 阻力/N drag 0.6
对流速进行无量纲处理，计算公式：
0.4
U i
K = (8)
U 0.2
i
式中，K 为速度比，U 为速度场中任意点的速度 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40
流速/(m/s)
(m/s)，U 为来流速度 (m/s)。本研究将 K≥1.1 的 velocity
区域称为高流速区，高流速区体积通过计算计算 (a)
域中 K≥1.1 区域的体积获得。 1.2 水槽试验 flume test
数值模拟 numerical simulation
2
湍动能 k(m /s ) 为速度波动的均值的一半， 1.0
2
计算公式 ： 0.8
[25]
阻力/N drag
′2
′2
′2
k = 0.5(u +v +w ) (9)
式中，u′、v′、w′分别为 x、y、z 方向上的速度分 0.6
量波动值。 0.4
湍流强度 I(%) 为速度波动的均方根与平均速
0.2
度的比值，计算公式 ： 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40
[25]
流速/(m/s)
u ′
I = ×100% (10) velocity
u (b)
) 1
( 1.4
2k 2 水槽试验 flume test
′
u = (11) 数值模拟 numerical simulation
3 1.2
式中，u′为速度波动的均方根 (m/s)，k 为湍动能 1.0
2
2
(m /s )，u 为平均速度 (m/s)。 阻力/N drag 0.8
数值 A 与数值 B 的相对差异 (RD) 计算公式：
0.6
(A− B)
RD = ×100% (12)
B 0.4
本研究中涉及的绳索高流速区体积、湍动能、 0.2
湍流强度、摩擦阻力、压差阻力、正负压区面积 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40
流速/(m/s)
及正负压区平均压强等数据，均通过 CFD-Post 软 velocity
件处理后获得。 (c)
图 6 阻力实验值与数值模拟结果比较
2 结果
Fig. 6 Comparison of experimental and
numerical results
2.1 结果验证 (a) 40-32, (b) 40-40, (c) 40-48.

图 6 展示了不同流速条件下，绳索模型的阻 因此本研究采用的数值模拟方法具有较高的计算
力测量值与模拟结果之间的对比 (以 40-32、40-40、 精度，能够满足后续的研究要求。
40-48 为例)。发现阻力的测量值和模拟值与流速
2.2 单股直径变化对绳索水动力系数的影响
的关系变化趋势一致，符合幂函数关系。流速
0.20~0.35 m/s 时，模拟值与测量值的相对差异范 图 7 为不同绳索的阻力系数与雷诺数的关系
围为−2.12%~7.49%，相对差异绝对值小于 8.00%。 数值模拟结果。各绳索阻力系数随着雷诺数的增

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