连续弯曲河道段桥位布置及通航安全分析

基于MMG船舶操纵运动数学模型基本理论,利用龙格-库塔方法进行积分计算求解方程组,将船舶的各受力方程结合流场数学模型计算的表面流场数据在MATlAB软件中编制成船舶操纵运动数值模拟可视化程序,以洞庭湖澧水洪道安乡大桥建设工程为背景,计算分析桥梁建设后航道弯曲半径及桥前直线段距离对通航安全的影响。结果表明,船队通过连续弯曲河道出弯时占用的航宽增大,千吨级航道中的弯曲半径取《内河通航标准》中单弯情况规定的最小值480 m时,上游出弯口与大桥间的安全直线段距离需6倍船长以上。距离为5倍船长时,航道弯曲半径应增大至550 m,无法达到相应的航道弯曲半径时,下游桥孔的通航跨距应相应增加15.8%。

丁坝头部附近速度分布特征及对通航影响距离的试验研究

河道中修建丁坝将改变丁坝附近的水流流态,形成复杂的三维水流,可能影响坝头附近的船舶通航安全。为研究丁坝断面的三维流速分布、坝头附近的流态特征以及丁坝存在对通航的影响范围等问题,在概化模型水槽中进行试验研究,利用多普勒测速仪对丁坝断面流速进行测量,分析丁坝断面三维流速分布资料,发现距离丁坝头部一定范围处,丁坝断面横向流速的变化率趋近于0,并以此范围作为丁坝对水流运动及通航的影响距离。通过对不同影响因素的分析,得到丁坝对通航影响距离与随弗汝德数、压缩比等参数的相关关系式。

斜向水流对圆端形墩紊流宽度的影响分析

通过flow-3D数值模拟的方法,研究斜流条件下紊流宽度的取值标准。当水流流向与桥轴线法线方向存在夹角时,桥轴线方向的横向流速由2部分构成:一部分来自斜流,另一部分来自桥墩影响。此时不宜直接以横向流速为0.3m/s作为紊流宽度的取值标准,可采用有(无)桥墩时横向流速差值为0.3m/s作为取值标准。以桥轴线方向为横向流速的方向,紊流区的宽度随着水流流向与桥轴线夹角的增加而增加。在一定范围内,圆端桥墩两侧的紊流宽度和总紊流宽度都随墩长的增加而增加,在墩长相同的情况下,紊流宽度随着来流方向与桥轴线法线夹角的增大而增大。

导流板对桥墩周围紊动特性的影响

水流通过桥墩在桥墩区域形成复杂的三维流场，会对桥墩底部冲刷和桥区通航产生很大的影响，所以控制桥墩紊流区水流形态十分重要。采用RNG κ-ε紊流模型对桥墩绕流进行三维数值模拟，在墩尾设置不同长度导流板，计算分析墩周尉的水流紊动强度值。设置导流板后，墩周围X／D=0-5．3断面的水流最大紊动强度值明显减小，而墩后的紊动强度普遍有减小趋势，且长度不同的导流板对同一墩型的绕流控制作用不同。合适长度的导流板能束窄紊动强度变化值σ〉0．1的范围，即能减小紊流宽度。