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船舶尾流作用下抛石基床块石冲刷稳定性研究

作　者: 孙建军
导　师: 王元战
学　校: 天津大学
专　业: 港口、海岸及近海工程
关键词: 抛石基床船舶尾流起动流速冲刷机理
分类号: U657
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 33次
引　用: 2次
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内容摘要

抛石基床是重力式码头和直立式防波堤的基础。近年来,作业船舶的大型化和高速化发展,使得螺旋桨的推力以及尾流流速也越来越大。大型船舶尾流流速超过了10-100kg块石的起动流速,导致螺旋桨射流冲刷基床而致使码头损坏的情况大量增加。目前,已有不少重力式码头出现抛石基床被大水流冲刷掏空等局部破坏的现象,给码头泊位的使用带来了严重的安全隐患。船舶尾流作用下抛石基床块石稳定性是工程实践提出的课题,其中包含的流固耦合问题研究也具有重要理论意义。本文主要工作包括以下几方面:1.建立了抛石基床块石冲刷模拟二维有限元模型,通过有限元软件ADINA计算分析了水平面上单层块石的起动流速条件,并与现有理论成果作了比对,验证了本文建立的有限元模型的可行性。2.提出了考虑块石之间遮掩状态影响的起动流速修正公式。块石之间不同程度的相互遮掩状态,对块石的起动流速条件有着较大的影响,本文综合考虑这一因素和块石形状的影响,提出了一个起动流速修正公式。3.为了研究码头岸壁建筑物附近的船舶尾流流场分布状态,运用Flow-3D软件建立了螺旋桨流场数值模型。结合重力式码头断面形式和水深条件,不断改变螺旋桨在水中的位置,包括离地面的距离和距岸壁结构的远近。获得了当螺旋桨处于不同位置时尾流流场分布状况,并对各种工况进行了分析,确定了几种比较容易导致抛石基床表层块石起动的工况。4.针对以上几种容易引起块石失稳的工况,将三维流场分布的计算结果简化为二维模型中流速荷载条件,用ADINA进行流固耦合计算。综合分析比较来流和回流作用下块石的起动条件,发现抛石基床表层块石在回流作用下更易起动。并分析了块石遭冲刷的作用机理和起动流速条件,解释了目前抛石基床遭水流冲刷出现的掏空现象。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-7
第一章绪论  7-17
  1.1 课题研究背景和意义  7-8
  1.2 国内外研究现状  8-15
  本文的研究内容及主要工作  15-17
第二章抛石基床遭水流冲刷的数值模型  17-25
  2.1 引言  17
  2.2 ADINA软件介绍  17-20
    2.2.1 ADINA中的FSI求解  18-19
    2.2.2 ADINA中的网格重划分技术  19-20
  2.3 抛石基床的二维模型  20-24
    2.3.1 流体模型  22-23
    2.3.2 结构模型  23-24
  2.4 小结  24-25
第三章单层块石冲刷机理和起动流速研究  25-34
  3.1 单层块石起动研究的二维模型  25-26
  3.2 水平面上单层块石的起动  26-32
    3.2.1 第一种遮掩情况下块石起动分析  26-28
    3.2.2 第二种遮掩情况下块石起动分析  28-29
    3.2.3 第三种遮掩情况下块石起动分析  29-32
  3.3 小结  32-34
第四章船舶尾流场模拟  34-47
  4.1 引言  34-36
  4.2 二维螺旋桨简化模型  36-41
    4.2.1 二维模型的建立和计算结果  36-38
    4.2.2 二维流场分布计算结果  38-41
  4.3 三维螺旋桨简化模型  41-46
    4.3.1 三维模型的建立  41-42
    4.3.2 三维流场分布计算结果  42-46
  4.4 小结  46-47
第五章抛石基床块石冲刷稳定性研究  47-57
  5.1 三维流场的二维简化结果  47-49
    5.1.1 三维流场特征分析  47
    5.1.2 二维模型流速荷载的转换  47-49
  5.2 抛石基床表层块石遭尾流冲刷研究  49-55
    5.2.1 来流作用下肩头块石的起动  49-53
    5.2.2 回流作用下肩头块石的起动  53-55
  5.3 小结  55-57
第六章结论与展望  57-59
  6.1 结论  57-58
  6.2 展望  58-59
参考文献  59-63
致谢  63

船舶尾流作用下抛石基床块石冲刷稳定性研究

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