内河航道船舶大气污染物扩散模拟研究

为探究内河航道船舶大气污染物在沿岸建筑物群的扩散规律,基于船舶自动识别系统数据构建南京市内河某航道段船舶大气污染物排放计算模型,采用“自下而上”方法计算得到船舶SO_(2)、NO_(2)、PM_(10)、PM_(2.5)、CO和挥发性有机物6种大气污染物排放量。通过Revit软件与Fluent软件建立船舶大气污染物在沿江居民区的扩散模型并进行可视化模拟分析。结果表明:在常风向全年平均风速条件下,污染物扩散与建筑群布局密切相关,在密集建筑物群背风面易出现负压区,该处污染物浓度较低,但在整体建筑物群背风面稍远处,出现气流旋涡区,导致较高浓度的污染物聚集,短期内产生持续污染影响。研究思路与结果可为航道沿岸居民区规划建设,降低船舶大气污染物影响提供理论依据。

不同高度离岸堤对波生流及地形演变影响的数值研究

不同高度的离岸堤是近岸沙滩防护的重要构筑物,其在波浪作用下的动力地貌响应有所不同。文章基于Xbeach岸滩演变模型,通过经典算例验证了斜向浪作用下离岸堤附近的波生流场及地形演变过程,进一步分析了正向波浪作用和堤顶高程变化的影响,并针对人工离岸沙坝,模拟了沙坝变形以及近岸动力地貌的变化特征。研究表明:离岸堤掩护下堤后会出现波高梯度变化,进而形成沿岸流及离岸流;当堤顶高程降低,波浪会在潜堤上发生破碎,从而形成向岸流;不同高度离岸堤附近的波生流场差异较大,其导致的地形演变趋势也会不同;随着堤顶高度的增加,近岸的侵蚀淤积会逐渐增大;人工沙坝在波浪作用下不断向岸移动,其高度逐渐降低,对近岸可起到沙源补充的作用。

30 m宽隧洞内万吨级货船拖曳通航船周水位分布特性试验研究

通航隧洞作为穿越山体的隐蔽航道,对于隧洞通航水力条件而言,水位则是影响超限性航道通航的关键因素。为探究货船在通航隧洞内拖曳航行时船周水位变化规律及由水位变化引起的航行水力特性。建立了1:40包含隧洞及隧洞顶部船舶拖曳装置物理模型试验系统,开展了不同水深工况下5级拖曳速度物理试验,重点探讨了2倍船长范围内船前后水位变化情况、影响水位波动的因素以及船舶纵倾角度变化。研究结果表明:拖曳速度的增加导致船前水位升高和船后水位下降,但在适度拖曳速度范围内(0.5~1.5 m/s),水位变化较小,提高通航的安全性;增加隧道水深可减小船前水位升高和船后水位下降的幅度,尤其在水深6~8 m范围内,水位变化较小,改善通航条件;随着拖曳速度的增加,船舶的纵倾角度增大,而随着隧道水深的增加,纵倾角度减小,适度控制拖曳速度在水深6~8 m的范围内有助于减小船体的纵倾角度,提高通航的稳定性和安全性。研究结果可为通航隧道船舶拖曳通航关键技术提供重要的参考和借鉴。

三峡-葛洲坝两坝间航道汛期船舶适航流量研究

三峡—葛洲坝梯级枢纽两坝间航道汛期适航流量标准是大流量时安排船舶过闸计划的依据。在分析两坝间船型现状、枢纽调度运行情况的基础上,根据实测水文资料、数学模型和实船试验成果,对不同水情条件船舶在两坝间河段的航行性能进行综合评估,针对干散货船、液货船和集装箱船提出以满载排水量、主机功率和单位功率装载量为控制因素的适航流量标准。研究结果对两坝间航道的通航管理具有重要的参考价值。

旋流泵叶轮流道固液两相流动不稳定性分析

由于结构的特殊性以及固液两相存在的密度差,旋流泵在输送固液两相介质过程中,内部会出现多方面的不稳定性特征,基于Particle模型,运用ANSYS CFX软件对额定转速下旋流泵在不同流量下输送不同固相体积分数的多种工况进行了非定常数值模拟,分析了叶轮流道内的固相分布、压力脉动和叶轮径向力,从而深入了解叶轮内部不稳定性。结果表明:在C_(v)=5%体积分数下,0.8 Q_(d)、1.0 Q_(d)流量下叶轮流道内固相体积分布均匀,1.2 Q_(d)分布不均匀;在C_(v)=10%体积分数下,0.8 Q_(d)流量下分布均匀,1.0 Q_(d)和1.2 Q_(d)流量下分布不均匀;在C_(v)=20%体积分数下,0.8 Q_(d)、1.2 Q_(d)流量下分布均匀,1.0 Q_(d)分布不均匀;在C_(v)=20%、1.0 Q_(d)工况的一个旋转周期内,叶轮内部始终存在一个条形固相分布区域,且其旋转速度滞后于叶轮旋转速度。在1.0 Q_(d)流量下,随着固相体积分数的增加,各监测点压力系数幅值波动逐步变大;后缩腔监测点叶频处的幅值基本不变,叶轮流道内监测点轴频处的幅值逐步变大;在C_(v)=20%体积分数下,随着流量的增加,各监测点压力系数幅值波动先增后减,后缩腔监测点叶频处幅值逐步增大,流道内监测点轴频处的幅值先增后减。相同固相体积分数下,随着流量的增加,径向力逐步增大;不同固相体积分数下,随着体积分数的增加,0.8 Q_(d)流量下径向力波动不大,1.0 Q_(d)流量下波动逐步变大,1.2 Q_(d)流量下波动逐步变小。

福建长乐海域水沙环境及海岸演变研究

依托实测水下地形和水文泥沙资料,研究了福建长乐海域水沙环境及海床冲淤演变特征。研究结果表明:福建长乐海域为基岩岬角控制的沙质海岸,波浪较强、潮流流速小、水体含沙量低、海岸线及海床地形长期保持基本稳定状态;研究海域的常风向和常浪向均为NNE向,强风和强浪主要受台风及寒潮大风影响;研究海域属强潮海区,最大潮差为6.92 m,平均潮差为4.45 m;研究海域潮流属正规半日潮流,往复流特征明显;研究海域底质分布在横向上呈现近岸粗、深水区细的分布特点,近岸存在南北连续的砂质沉积带,波浪作用下自北向南输移的泥沙对海岸演变有一定影响。

天津生态城海域填海施工对海洋水质环境的影响研究

通过收集天津生态城所在北部海域围填海实施前后的海洋环境监测数据,分析其时空分布特征,结合2010年—2018年间生态城围填海实施过程,研究围填海施工对于海洋水环境的影响。结果表明:天津北部海域的近岸海域平均综合污染指数在整个填海周期呈现下降趋势。天津北部海域主要污染物为无机氮、磷酸盐及COD,重金属含量不高;陆源污染物输入是填海前期海域主要的污染物来源,临近海域开发活动造成污染物输入因素不容忽视。围填海将造成海域整体流速降低,且在填海区边角位置,扩散条件随水文条件急剧变化,造成了填海后期海域污染物监测指标离散度升高。

船闸止水材料性能劣化规律试验研究

平陆运河河口船闸受咸水入侵及船闸闸室频繁灌泄水作用,形成了受紫外光照强、氯盐侵蚀及高频干湿交替共同影响的特殊腐蚀环境。然而,船闸止水材料在这一特殊服役环境下的性能劣化规律不甚明了。为此,文章开展了针对船闸止水材料在纯紫外老化环境、紫外老化与咸水高频干湿交替环境下的加速劣化试验,研究了四类橡胶止水带(包括:普通、OMEGA、GB、超高性能止水带)材料硬度、拉伸强度、断裂伸长率以及极限弹性模量随时间的劣化规律。结果表明:纯紫外老化环境下,四类橡胶止水带材料的硬度、极限弹性模量随劣化时间呈增大趋势,拉伸强度呈先增后减的变化趋势,断裂伸长率则单调减小;紫外老化与咸水高频干湿交替环境下,四类橡胶止水带材料的硬度、拉伸强度、断裂伸长率均随劣化时间呈减小趋势,极限弹性模量则单调增加。研究成果可为平陆运河河口船闸结构缝止水材料的优选类型提供重要参考依据。

振弦式土压力计自动校准系统设计及应用研究

随着智慧港口和智慧航道建设的发展,监测传感器的自动化计量已成为未来发展趋势。通过分析监测传感器——振弦式土压力计的组成和工作原理、校准需求及难点,设计并研制了一套自动化校准系统。以工控机为控制核心,以自动加压系统、频率采集仪为标准器,通过控制系统自动加压和测量被检设备输出频率模数值,可实现压力标准值的设置输出、频率测量值的自动记录存储及运算处理、历史数据管理及生成校准报告等目标。试验表明其各项程序和指标均能满足振弦式土压力计的校准要求,可直接用于相关计量校准工作。

基于动力响应的近海结构损伤非典型参数识别方法研究综述

近海结构服役环境恶劣,长期受到风浪流等复杂荷载作用,关键结构部件易受损,对其进行局部、早期损伤识别与定位有重要意义。由于动力信号采集技术的发展、损伤监测实时性的要求,基于动力响应的损伤识别方法已成为研究热点。目前对于结构损伤识别有两种不同的思路:基于模态及其衍生的动力指纹的参数化损伤识别方法以及利用时间序列特征、信号能量相关性等非典型参数方法。由于近海结构外部激励的复杂性,非典型参数方法逐渐成为动力响应损伤识别中最具应用前景的方法,文章对现有基于非典型参数方法的近海结构损伤识别体系进行系统梳理,比较了各种方法的优缺点,总结了目前非典型参数损伤识别方法面临的挑战,展望动力响应损伤识别的发展前景,为动力响应损伤识别在实际工程的应用提供参考。

煤炭码头粉尘无组织排放防治措施对比研究

露天堆场的粉尘无组织排放一直是干散货码头大气污染防治工作的重点和难点。苫盖和湿式除尘是我国专业化煤炭码头露天堆场粉尘无组织排放的两种主流防治措施。文章以北方某煤码头为例,基于露天堆场采用苫盖和湿式除尘措施下的粉尘无组织排放浓度监测数据,对两种主流粉尘防治措施的环保效益进行了对比分析。研究结果显示:采用湿式除尘措施比采用苫盖措施更适用于高周转率的专业化煤炭码头露天堆场的粉尘无组织排放的防治。

水下流态固化土强度与流动性能试验研究

为了完善流态固化土水下施工性能与无侧限抗压强度研究,通过向不同初始含水率的土体中添加减水剂、水泥和絮凝剂,研究含水率、减水剂掺量、水泥掺量和絮凝剂掺量对流态固化土浆体的流动性、抗分散性和流态固化土的力学性能的演化规律。结果表明,只使用水泥不能明显调节流态固化土浆体的流动性和抗分散性;絮凝剂和水泥掺量的增加可以提高流态固化土浆体的抗分散性和固化土的力学性能,对流态固化土浆体的流动性有抑制作用;减水剂和含水率升高对流态固化土浆体的流动性具有促进作用,对流态固化土浆体的抗分散性和力学性能有抑制作用。

扭王字块体斜坡堤单波越浪量的数值研究

国内现行规范中未提供有胸墙斜坡堤最大单波越浪量的计算方法。基于FLUENT软件,运用多孔介质区模拟斜坡堤上的扭王字块。借助惯性阻力系数C、等效波陡、相对块体尺寸、相对坡肩宽度、相对胸墙高度、相对水深、相对堤顶超高等影响因素,开展扭王字块体斜坡堤单波越浪量的数值试验。给出不同坡度下单位堤宽的最大单波越浪量的系数C计算关系式。验证结果表明,该公式具有较好的精确性,这使得扭王字块护面斜坡堤单波越浪量的数值模拟可以独立于物理模型试验进行,从而丰富了规范内容,为扭王字块体斜坡防波堤工程设计提供了参考。

洪江枢纽改建船闸上游航道通航条件试验研究

针对洪江枢纽改建船闸所面临的上游航道通航安全问题,采用正态定床物理模型试验和遥控自航船模试验相结合的方法进行研究。研究结果表明:由于库区曲折岸线的存在,下行航线呈S型弯道,导致船舶在通过第一个弯道段时,船首和船尾受力不均,产生甩尾打横现象。而后船舶需要迅速调整航向以进入下一个反向弯道段,不仅增加了船舶操控难度,同时也带来了较大的航行安全隐患。为解决此问题,通过试验优化提出了一种有效的改善方案:利用上游对岸侧的锚地以及库区水深流缓的特性,将原本连续的S型弯曲航线调整为单一弯曲航线,同时保持已建船闸上游隔流堤的长度不变。这一改善措施不仅成功解决了改建船闸的通航安全问题,还可为同类项目提供参考和借鉴。

河口船闸钢筋混凝土受盐水入侵影响的结构耐久性设计参数研究

河口船闸在服役过程中会受其下游海水入侵的影响,加之船闸运行时由于频繁灌泄水作用,使得船闸结构受盐水干湿交替的频次较海洋潮汐环境更高,混掺盐水高频率干湿交替的复杂环境下船闸钢筋混凝土(RC)易受腐蚀,结构耐久性问题突出。然而,针对河口船闸RC结构的耐久性设计参数目前未见明确的规范条文规定。为此,通过现场实测数据,推求得到了船闸工程建成后环境水中腐蚀因子对结构物的腐蚀程度,结合我国现行与混凝土耐久性相关的设计规范,经对比分析初定了河口船闸RC结构的耐久性设计参数(强度等级、水胶比、保护层厚度等)。在此基础上,综合考虑大体积混凝土在施工过程中的水化放热所引起的工程质量问题,依托既有工程的相关设计资料,提出了针对河口船闸RC受盐水入侵影响的结构耐久性设计参数建议值,以期为实际工程设计提供数据参考和技术支撑。

PVA-ECC材料抗压强度及收缩性的时变规律研究

PVA-ECC材料的长期力学性能对港口工程结构加固修复至关重要。通过PVA-ECC材料不同龄期试块的抗压强度试验和收缩性试验对其宏观力学特性的时变规律进行了研究。研究表明,2%PVA掺量的PVA-ECC材料的流动性差,其在港口水工结构加固工程中的适用性有待进一步研究。通过抗压强度试验可知,随着龄期的增加,1.5%PVA掺量和1.8%PVA掺量的试块抗压强度呈现抛物线上升的趋势,经180d养护后的试块抗压强度分别达到69.4 MPa和76.1 MPa,是C40混凝土试块强度的1.5倍和1.6倍,从抗压强度分析,两者均满足加固工程的强度要求。根据材料收缩性对比试验可知,随着龄期的增加,三种试块的收缩率在0~28 d期间变化剧烈,在28d后变化均趋于平缓,不同PVA掺量的试块收缩率均大于C40混凝土试块,而1.5%PVA掺量的试块与C40混凝土试块收缩率更接近。鉴于1.5%PVA掺量的PVA-ECC材料流动性更能适应沿海港工结构加固的现场施工,同时,其收缩率与混凝土收缩率接近,且抗压强度足够高,因此,在港口工程结构加固修复中,推荐采用1.5%PVA掺量的PVA-ECC材料。同时,基于试验数据拟合得到了适合不同配比、不同龄期PVA-ECC材料的立方体抗压强度计算公式,可用于PVA-ECC材料的强度预测。

风雨场中海上风机气动性能数值模拟研究

随着风力发电项目的不断发展,外部的降雨环境会对海上风机的气动性能造成一定的影响。以NREL-5MW型海上风机为研究对象,采用标准k-ε湍流模型建立数值模型,对比分析其在风场与风雨场中的气动性能,探讨了风雨共同作用对风机整体结构气动性能的影响规律。结果表明:降雨时风机结构的迎风面雨滴分布比例最高,虽然风机整体受到雨荷载占风荷载的比例较小,但是塔架受到的雨荷载占到塔架受到的风荷载的10%,作用力不能忽视。并且降雨也会降低风机的发电效率以及使叶片产生自振,影响其工作稳定性,需确保节点连接质量和强度。

基于实测数据和灰度模型的船闸底板混凝土温度变化预测

船闸底板冬季施工时环境温度较低,大体积混凝土内外温差较大,在底板冬季温升过程中,温差超限的问题突出,养护不当极易出现开裂,有效预测底板温升变化尤为重要。基于实测数据,利用灰色模型分别按不同监测频次、不同原始序列分时段对温度变化进行预测,并对该模型进行了修正,用修正模型分时段预测了底板浇筑后3 d内的温升变化。根据精度及残差对比,监测时隔2 h结合数值原始序列、监测间隔3~6 h结合3数值原始序列的两种灰色模型预测方法合理有效,修正后的模型可有效提高精度及延长预测时长,用于指导温控,降低大体积混凝土开裂风险,为保障船闸底板结构安全提供科学支撑。

山区河流典型桥梁船撞概率分析模型比较

船撞桥概率是多学科交叉融合、多因素影响的复杂研究,目前山区河流中梁桥和拱桥在计算船撞桥概率选取规范模型时不太相同。现有船撞桥概率模型及适用条件有所不同,采用美国AASHTO规范模型、LARSEN模型以及三概率参数积分模型,开展船舶对山区河流典型桥梁撞击概率及规律分析。通过分析连续钢构梁桥、上承式拱桥两种桥型的桥在最高、最低通航水位下涉水桥墩的年撞击概率,分析水位变化对年撞击概率的影响规律,得到山区河流梁桥和拱桥的模型适用性。结果表明,三种规范模型下的年撞击概率皆随着通航量的增加而不断增加,AASHTO模型与三概率参数模型,对于梁桥的概率计算结果变化趋势大致相似;对于拱桥,三概率参数积分模型对拱桥撞击横向、纵向位置的变化较为敏感,更适用于山区水位变化较大的拱桥。成果可为不同桥型在船撞概率模型选取提供参考。

政府规制对LNG动力船舶的影响与策略演变研究

为推动LNG船舶产业发展,构建政府-造船企业-船东三方演化博弈模型,分析不同情形下三方参与主体的稳定性选择策略。运用MATLAB在理想稳定状态下进行仿真,仿真结果表明:造船企业和船东的策略抉择呈相互促进的关系,政府监管概率越大,造船企业和船东选择LNG船舶的意愿就越强。奖惩机制的设立对造船企业的影响更显著,只有补贴高于或罚款低于某临界值才能促进政府、造船企业和船东趋于理想稳定状态。因此,适度补贴和酌情罚款是推动因素。政府应建立阶梯式补贴、加大宣传力度、完善基础设施、加强碳税干预、突出收益优势。研究为相关政策制定提供了重要参考。