本文關(guān)鍵詞：勾頭對丁壩附近水流及船舶影響分析

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【摘要】：在航道整治和防洪治河工程中,勾頭丁壩作為整治建筑物被廣泛采用。以往關(guān)于勾頭丁壩的研究多注重于壩后回流區(qū)及壩頭沖刷等方面,而關(guān)于其對通航條件的影響少有研究。針對不同勾頭長度的丁壩,分析研究丁壩周圍水流特性變化及其附近船舶受力的特性,可為航道整治設(shè)計及船舶航行操作等提供科學(xué)依據(jù),對強化水運交通安全管理,提高水運效益等具有重要意義。運用RNG κ-ε紊流模型、小比尺船舶模型試驗,對丁壩周圍水流特性及船舶行經(jīng)丁壩時的受力特性進(jìn)行分析和試驗,研究勾頭對丁壩附近通航條件的影響。得到以下主要結(jié)論：(1)丁壩在增加勾頭后,大流速向壩頭區(qū)集中,遠(yuǎn)離壩頭區(qū)域流速減小,為船舶安全航行提供了更有利的條件。(2)勾頭具有導(dǎo)順?biāo)?加快橫流衰減速率,減小橫流的效果。若以橫向流速超過0.3m/s區(qū)域為不安全區(qū)域。當(dāng)勾頭長度分別為1/3壩長、2/3壩長和1倍壩長時,壩軸橫斷方向橫流速度衰減至0.3m/s的位置距壩頭距離分別縮短了8.5%、11.9%和17.8%,壩軸后方橫向流速超過0.3m/s的區(qū)域面積分別減小了14.8%、27.8%和39.7%。(3)丁壩增加勾頭后,上下游最大水位差隨勾頭長度的增加而減小。當(dāng)勾頭長度L達(dá)到壩長D時,上下游最大水位差可減小12.2%,可為船舶航行提供有利條件。(4)船舶在經(jīng)過丁壩時橫向受力會出現(xiàn)兩次正向(推力)峰值和一次負(fù)向(吸力)峰值,且第一次正向(推力)峰值遠(yuǎn)大于第二次。第一次正向(推力)峰值出現(xiàn)的位置在船頭移動至丁壩上游0.06～0.17倍船長范圍,橫向距壩頭越近峰值越大。第一次負(fù)向(吸力)峰值出現(xiàn)的位置為船體中心位于丁壩下游0.11-0.44倍船長處,船體距壩頭越遠(yuǎn)極值出現(xiàn)得越晚,其受力變化也越平緩。第一次正向(推力)峰值與第一次負(fù)向(吸力)峰值的大小與流速的冪呈正比。船體橫向距丁壩越近,其橫向受力變化得越迅速,對船舶安全航行越不利。(5)丁壩在增加勾頭后,船舶在經(jīng)過有勾頭丁壩時的橫向受力變化規(guī)律與無勾頭丁壩時相似,但峰值大小不同。勾頭可以起到減小正向(推力)峰值的作用,但船舶也會因處在橫向距壩頭較近的位置而受到勾頭岸壁效應(yīng)影響導(dǎo)致負(fù)向(吸力)峰值增大。勾頭長度一定時,其對船舶產(chǎn)生的岸壁效應(yīng)是有一定范圍的,當(dāng)超過這一范圍,船舶將不會受到勾頭產(chǎn)生岸壁效應(yīng)的作用。當(dāng)勾頭長度為1/3壩長時,其對船舶產(chǎn)生岸壁效應(yīng)的影響范圍在橫斷方向?qū)⒉粫^1/3壩長。(6)船舶在水流中的縱向受力體現(xiàn)了船舶在經(jīng)過丁壩時的阻力變化情況。當(dāng)船舶中心位于丁壩下游0.06～0.28倍船長范圍,縱向力極值出現(xiàn)。在流速及船舶橫向距壩頭距離不變的情況下,隨著勾頭的增長船舶縱向受力呈減小的趨勢,當(dāng)勾頭長度L達(dá)到壩長D時其縱向受力減小了14.8%。
【關(guān)鍵詞】：勾頭丁壩 通航條件 水流特性 船舶受力
【學(xué)位授予單位】：長沙理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：U617;TV135
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 第一章 緒論11-21
• 1.1 研究背景及意義11-12
• 1.2 研究現(xiàn)狀12-19
• 1.2.1 丁壩周圍水流特性12-14
• 1.2.2 水流邊界對建筑物附近船舶的作用14-19
• 1.3 研究的主要工作及技術(shù)路線19-21
• 1.3.1 論文的主要研究內(nèi)容19
• 1.3.2 論文采用的技術(shù)路線19-21
• 第二章 丁壩周圍水流數(shù)學(xué)模型及船模試驗概況21-34
• 2.1 丁壩周圍水流數(shù)學(xué)模型的建立及驗證21-27
• 2.1.1 水流運動的基本方程21
• 2.1.2 湍流模型21-23
• 2.1.3 湍流模型的建立23-25
• 2.1.4 數(shù)學(xué)模型的驗證25-27
• 2.1.5 數(shù)學(xué)模型工況27
• 2.2 船模試驗概況27-34
• 2.2.1 物理模型設(shè)計27-29
• 2.2.2 物理模型試驗方法29-31
• 2.2.3 丁壩及勾頭丁壩模型31-32
• 2.2.4 試驗方案32-34
• 第三章 勾頭長度對丁壩周圍水流特性影響分析34-45
• 3.1 壩頭水流結(jié)構(gòu)分析34-35
• 3.2 流速場分析35-41
• 3.3 丁壩附近水位變化分析41-43
• 3.4 本章小結(jié)43-45
• 第四章 勾頭對船舶平面二維受力特性影響分析45-67
• 4.1 船舶在丁壩附近航行平面二維受力特性分析45-55
• 4.1.1 船舶橫向受力特性分析45-51
• 4.1.2 船舶縱向受力特性分析51-55
• 4.2 勾頭對船舶平面二維受力特性影響分析55-65
• 4.2.1 勾頭對船舶橫向受力影響分析56-63
• 4.2.2 勾頭對船舶縱向受力影響分析63-65
• 4.3 本章小結(jié)65-67
• 結(jié)論與展望67-70
• 結(jié)論67-69
• 展望69-70
• 參考文獻(xiàn)70-74
• 致謝74-75
• 附錄A (攻讀學(xué)位期間發(fā)表論文目錄)75
• 附錄B (攻讀學(xué)位期間從事科研項目目錄)75

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本文編號：644167