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连续弯道过渡段长度对通航影响的模拟实验研究

作　者: 张青松
导　师: 胡旭跃
学　校: 长沙理工大学
专　业: 水力学及河流动力学
关键词: 连续弯道数值模拟舵角漂角航宽过渡段通航尺度
分类号: U697
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 15次
引　用: 1次
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内容摘要

过渡直线段作为连续弯道前后两弯的连接部分,对连续弯道的水流特性及船舶通航有着重要的影响。弯曲河道的水流结构和水流泥沙运动特性方面的研究成果已经有了较多的报道,学者们基本掌握了弯曲河道水流的运动机理和演变规律。但是对于连续弯道通航水流和通航条件的研究还不完善,尤其是对连续弯道过渡直线段长度对通航影响的研究更是少之又少。本文的主要目的就是通过对不同过渡段长度的连续弯道通航水流和船舶通航试验,对连续弯道过渡段长度的影响进行分析,讨论连续弯道过渡段长度的最小通航尺度。本文在物理模型试验资料验证的基础上,运用三维水流数学模型和MMG船舶操纵运动数学模型对连续弯道通航水流和船舶通航分别进行模拟,计算不同过渡段长度对连续弯道水流和通航的影响,讨论使前后两弯独立的最小通航尺度。研究的主要内容和结论有:(1)通过物理模型试验数据验证,表明本研究采用的三维水流数学模型和MMG船舶操纵运动数学模型能较好地模拟内河航运Ⅲ级航道的连续弯道水流和船舶运动。(2)通过计算连续弯道水流,发现连续弯道水流的一些特殊现象;通过不同过渡段连续弯道水流运动规律的比较,发现过渡段长度的大小对后弯的环流和过渡段附近表面的回流产生影响,并从水流特性角度定义了临界过渡段长度。(3)当船舶通过连续弯道前后弯所需航道宽度相同时,认为两个弯道独立,并将此时的过渡段长度定义为通航临界过渡段长度。通过讨论,可将通航临界过渡段长度认为是连续弯道的最小通航尺度。(4)通过船舶操纵运动数学模型计算,发现连续弯道过渡段最小通航尺度随着连续弯道中心角的增加而增加,随着连续弯道弯曲半径的增加而减小;将计算所得连续弯道过渡段长度数据进行拟合,得出连续弯道过渡段长度的最小通航尺度经验计算关系式。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-10
第一章绪论  10-19
  1.1 研究目的及意义  10-11
  1.2 国内外的研究现状  11-17
  1.3 有待进一步研究的问题  17-18
  1.4 研究内容  18
  1.5 拟采取的研究方法  18-19
第二章连续弯道三维水流模拟  19-28
  2.1 三维流动的控制方程  19-21
  2.2 离散化方法  21-22
  2.3 自由面的处理  22
  2.4 网格的划分及边界条件  22-23
  2.5 离散方程的求解  23
  2.6 连续弯道三维水流模型的验证  23-27
  2.7 本章小结  27-28
第三章船舶操纵运动数学模型  28-38
  3.1 操纵运动方程  28-30
  3.2 裸船上流体水动力和流体水动力矩的求算  30-31
  3.3 螺旋桨作用力和力矩的求算  31
  3.4 舵作用力的模拟  31-32
  3.5 风作用力的模拟  32
  3.6 非均匀水流力的处理  32-33
  3.7 船舶操纵运动仿真软件  33-34
  3.8 试验船舶率定  34-36
  3.9 本章小结  36-38
第四章连续弯道过渡段长度的计算与分析  38-55
  4.1 连续弯道后弯水流计算分析  38-41
  4.2 不同过渡段长度的连续弯道水流计算分析  41-45
  4.3 不同过渡段长度的连续弯道通航计算分析  45-48
  4.4 过渡段长度最小通航尺度的判别  48-49
  4.5 连续弯道过渡段长度最小通航尺度计算分析  49-52
  4.6 过渡段长度最小通航尺度的公式建立  52-54
  4.7 本章小结  54-55
第五章结论与展望  55-57
  5.1 结论  55-56
  5.2 展望  56-57
参考文献  57-60
致谢  60-61
附录 A 攻读学位期间发表论文目录  61
附录 B 攻读学位期间从事科研项目目录  61-62
大摘要  62-69

连续弯道过渡段长度对通航影响的模拟实验研究

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