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简论弯道内河弯曲航道加宽及通航条件的模拟普通论文格式范文

摘要:船舶过弯时一方面要防止其撞岸,另一方面要操舵使其绕弯道做回转运动,特别是当弯道的弯曲半径过小,中心角过大或者航宽不够的时候,船舶过弯时的操纵难度就更大。现行的航道整治相关规范中对弯曲航道宽度从及加宽值的计算并没有给出一个明确的办法,只是规定弯曲航道的宽度是在直线航道的基础上做适当的加宽,国内探讨学者大多都是根据物理模型试验的结果或者经验对弯道航宽进行加宽,但加宽的效果却很难通过实船试验的进行验证。由此,深入探讨连续弯曲航道所需航宽和加宽值公式,对内河弯曲航道的设计和整治存在十分重要的作用。同时,内河航道整治前都需要做工程前相关的通航安全论证,从确保工程后的航道能够达到预期的整治目标,但现今对这方面的探讨多半是通过定床物理模型试验来进行的,由于比尺效应的有着,试验结果的精度有一定降低。本论文通过建立三维水流数学模型来模拟连续弯道水流,并采取概化物理模型对其模拟结果进行验证。同时,文中还根据船舶在航行历程中的受力状况建立船舶操纵数学模型,并结合三维弯道流场,模拟了不同过渡段长度、弯道中心角、弯曲半径和船舶航速的组合下船舶在通过上下游弯道时的运动状况,然后结合大量试验数据拟合出了连续弯道上下游弯道加宽值的经验公式。最后,依据上面陈述的船舶运动数学模型结合天然河道二维流场,模拟了濠河口连续弯道整治前后船舶过弯时的航行状况。以从上模拟试验结果中,可从得出从下一些结论:(1)文中建立的三维水流数学模型和船舶操纵运动数学模型的模拟结果与物模测的试验数据吻合较好,可从很好的反映出弯道水流特点和船舶在水中的运动状况。(2)船舶上行时,由于对岸航速小,船舶对水流的意义反应不显著,因而船舶上行所占航迹带宽度变化小,基本都在16.99m~25.95m之间;而下行时,由于船舶是顺水航行,对岸航速对比大,弯道离心力和水流的横向意义对其意义显著,此时下行航迹带宽度在36.76m~110.87m之间,最大差值为44.52m,最小差值为3.7m。(3)连续弯道前后弯所需航宽与弯道中心角成正比,与船舶航速成反比,与弯曲半径成反比。文中拟合的弯道加宽经验公式的计算结果与试验数据拟合较好,能够很好的反映出各因素对加宽值的影响大小。(4)通过分析濠河口连续弯道整治前后船舶的航行状况,得出整治后船舶的舵角和漂角较整治前减小了5°~10°,与物理模型试验结果基本吻合。因而可从看出该船舶操纵数学模型的模拟结果满足实际工程的精度要求。 关键词:数值模拟论文 三维水流模型论文 船舶操纵模型论文 弯道加宽论文 通航论证论文
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    摘要5-6

    ABSTRACT6-11

    第一章 绪论11-23

    1.1 探讨目的及作用11-12

    1.2 国内外的探讨近况12-21

    1.2.1 船舶操纵数值模拟的探讨近况12-14

    1.2.2 弯曲航道水流数值模拟探讨近况14-16

    1.2.3 弯曲航道加宽的探讨近况和发展16-17

    1.2.4 加宽的模式及位置17-19

    1.2.5 弯道水流对船舶操纵影响的探讨发展19-20

    1.2.6 通航安全论证的探讨近况和发展20-21

    1.3 有待进一步探讨的不足21-22

    1.4 探讨内容和技术路线22-23

    第二章 概化弯道和天然弯道流场的数值模拟23-36

    2.1 概化弯道流场的数值模拟与验证23-28

    2.1.1 三维模拟的制约方程23-25

    2.1.2 离散化办法及离散方程的求解25-26

    2.1.3 概化连续弯道三维水流模型的验证26-28

    2.2 天然连续弯道实时流场的数值模拟与验证28-35

    2.2.1 基本制约方程及离散格式28-29

    2.2.2 模型动边界的处理和计算参数的取值29-30

    2.2.3 计算区域网格划分及初始模拟条件30

    2.2.4 濠河口连续弯道整治工程前流场模拟30-32

    2.2.5 工程前模拟流场验证32-35

    2.3 本章小结35-36

    第三章 船舶操纵运动数学模型36-47

    3.1 船舶操纵运动基本论述36-42

    3.1.1 基本原理及坐标系的建立36-38

    3.1.2 船舶平面运动方程的建立38

    3.1.3 船体上水动力和水动力导数的求解公式38-40

    3.1.4 螺旋桨意义力的数值模拟40

    3.1.5 舵意义力的数值模拟40-41

    3.1.6 非均匀流的模拟41

    3.1.7 风意义力的数值模拟41-42

    3.2 船舶操纵运动仿真软件42-43

    3.3 船舶操纵运动模拟的验证43-46

    3.4 本章小结46-47

    第四章 连续弯曲双线航道加宽值的分析47-64

    4.1 试验条件47-48

    4.2 试验工况48-50

    4.3 模拟试验船舶安全航行判断标准50

    4.4 弯曲航道航行宽度及加宽值的分析50-62

    4.4.1 前后弯曲半径相等时,过渡段长度对航宽的影响分析51-53

    4.4.2 前后弯曲半径相等时,弯道中心角对航宽的影响分析53-54

    4.4.3 前后弯曲半径相等时,船舶航速对航宽的影响分析54-56

    4.4.4 前后弯曲半径比大于 1 时,弯曲半径比对航宽的影响分析56-58

    4.4.5 前后弯曲半径比小于 1 时,弯曲半径比对航宽的影响分析58-59

    4.4.6 连续弯道加宽值经验公式的建立59-62

    4.5 本章小结62-64

    第五章 濠河口整治前后通航条件分析64-81

    5.1 内河弯曲航道通航安全的评价指标64

    5.2 工程概况及整治前的碍航状况64-66

    5.3 整治前船舶通过濠河口连续弯道时的航行状况66-72

    5.3.1 枯水期船舶下行状况(2.5 M/S)67-69

    5.3.2 中水期船舶下行状况(3.0 M/S)69-71

    5.3.3 洪水期船舶下行状况(3.5 M/S)71-72

    5.4 整治案例的选择72-74

    5.5 整治后船舶通过濠河口连续弯道时的航行状况74-79

    5.5.1 整治后枯水下行状况(2.5 M/S)74-76

    5.5.2 整治后枯水下行状况(3.0 M/S)76-78

    5.5.3 整治后枯水下行状况(3.5 M/S)78-79

    5.6 整治工程后通航案例的评价79-80

    5.7 本章小结80-81

    第六章 结论与展望81-83

    6.1 结论81

    6.2 展望81-83

    参考文献83-86

    致谢86-87

    附录 A 攻读学位期间发表论文目录87

    附录 B 攻读学位期间以事科研项目目录87

3 船体上水动力和水动力导数的求解公式38-403.1.4 螺旋桨意义力的数值模拟403.1.5 舵意义力的数值模拟40-413.1.6 非均匀流的模拟413.1.7 风意义力的数值模拟41-423.2 船舶操纵运动仿真软件42-433.3 船舶操纵运动模拟的验证43-463.4 本章小结46-47第四章 连续弯曲双线航道加宽值的分析47-644.1 试验条件47-484.2 试验工况48-

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