内河弯曲航道加宽及通航条件分析的模拟研究

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1、摘要船舶过弯时一方面要防止其撞岸，另一方面要操舵使其绕弯道做回转运动，特别是当弯道的弯曲半径过小，中心角过大或者航宽不够的时候，船舶过弯时的操纵难度就更大。现行的航道整治相关规范中对弯曲航道宽度以及加宽值的计算并没有给出一个明确的方法，只是规定弯曲航道的宽度是在直线航道的基础上做适当的加宽，国内研究学者大多都是根据物理模型试验的结果或者经验对弯道航宽进行加宽，但加宽的效果却很难通过实船试验的进行验证。因此，深入研究连续弯曲航道所需航宽和加宽值公式，对内河弯曲航道的设计和整治有着十分重要的意义。同时，内河航道整治前都需要做工程前相关的通航安

2、全论证，以确保工程后的航道能够达到预期的整治目标，但现今对这方面的研究多半是通过定床物理模型试验来进行的，由于比尺效应的存在，试验结果的精度有一定降低。本文通过建立三维水流数学模型来模拟连续弯道水流，并采用概化物理模型对其模拟结果进行验证。同时，文中还根据船舶在航行过程中的受力情况建立船舶操纵数学模型，并结合三维弯道流场，模拟了不同过渡段长度、弯道中心角、弯曲半径和船舶航速的组合下船舶在通过上下游弯道时的运动情况，然后结合大量试验数据拟合出了连续弯道上下游弯道加宽值的经验公式。最后，依据上述船舶运动数学模型结合天然河道二维流场，模拟了濠河

3、口连续弯道整治前后船舶过弯时的航行情况。从以上模拟试验结果中，可以得出以下几点结论：(1)文中建立的三维水流数学模型和船舶操纵运动数学模型的模拟结果与物模测的试验数据吻合较好，可以很好的反映出弯道水流特征和船舶在水中的运动情况。(2)船舶上行时，由于对岸航速小，船舶对水流的作用反应不明显，因而船舶上行所占航迹带宽度变化小，基本都在16．99m'-25．95m之间；而下行时，由于船舶是顺水航行，对岸航速比较大，弯道离心力和水流的横向作用对其作用明显，此时下行航迹带宽度在36．76m,～l10．87m之间，最大差值为44．52m，最小差值为3

4、．7m。(3)连续弯道前后弯所需航宽与弯道中心角成正比，与船舶航速成反比，与弯曲半径成反比。文中拟合的弯道加宽经验公式的计算结果与试验数据拟合较好，能够很好的反映出各因素对加宽值的影响大小。(4)通过分析濠河口连续弯道整治前后船舶的航行情况，得出整治后船舶的舵角和漂角较整治前减小了50～100，与物理模型试验结果基本吻合。因而可以看出该船舶操纵数学模型的模拟结果满足实际工程的精度要求。关键词：数值模拟；三维水流模型；船舶操纵模型；弯道加宽；通航论证ABSTRACTWhentheshipissailinginthecontinuouscur

5、ve，ontheonehand，itmustpreventitselfhittheshore，ontheotherhanditmustdorotarymovementalongthebendingfairways，especiallywhenthebendingradiusistoosmallorthechannelwidthisnotenoughwidth，itwillbemoredifficultforsailing．Theexistingwaterwayspecificationsdonotgiveaunifiedformulato

6、calculatechannelwidthandwideningvalue，itonlystipulatesthatthebendingfairwayswidthistomaketheappropriatewideningonthestraight—linefairwayswidth．Atthesametime，domesticresearchscholarsaremostlybasedontheresultsofphysicalmodeltestsandexperiencetoincreasethechannelwidth，butthe

7、yCannotusetheactualshiptoverifywideningeffect．Soitisverynecessarytodepthstudythecontinuousbendingfairwayswidthandwideningvalueformulabecauseithasagreatsignificanceforcurvedchanneldesignandregulation．Simultaneouslyitneedstobedonethenavigationsafetydemonstrationbeforeriverr

8、egulationinordertoensurethatchannelcanbeachievethedesiredremediationgoalafterregulation．However，