船闸引航道口门区回流对船舶航行影响研究

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随着“一带一路”、“长江经济带”等的加速建设,内河航运事业对祖国的经济建设作用日益凸显,船舶航行安全问题也越来越受到大家的重视。部分建在航道条件复杂河段的水利枢纽,其船闸引航道口门区及连接段难免存在影响船舶航行的复杂水流流态,如回流、泡漩、跌水和水跃等。复杂水流流态的存在以及引航道口门区相对狭窄的空间,无疑对船舶操纵性提出了更高的要求,容易引发事故。
  当前对引航道口门区通航水流条件的研究颇多,大多集中在口门区纵向流、横向流、回流等,行业标准也对口门区流速限值进行了规定,但从工程实际来看,部分船闸引航道口门区存在流速超限的情况,船舶却仍可顺利通航。以回流为例,标准中只给到了流速的限定,对于回流长度等相关要素并没有做进一步的描述,因此利用物理模型试验和数值仿真研究的手段,深入探索口门区回流对船舶航行影响的规律,对确保航运业的良好发展,降低船舶航行风险,减少事故发生等方面具有重要的理论和现实意义。
  首先,建立二维船闸引航道数学模型,模拟分析回流特性,探讨了上、下游引航道不同展宽比和水深条件对回流长度以及流速的影响,结果表明随展宽比的增大,回流强度有增大的趋势,且同等条件,下游引航道口门区水流条件优于上游,并进行了回流的概化模型试验,为自航船模试验提供支撑。
  然后,设计、实施了船舶通过回流区的自航模试验,分析不同船舶对岸航速、回流长度以及回流区最大流速对船舶航行时的影响,试验结果表明船舶航速越高,回流对其影响越小,最大漂角以及漂距随回流长度以及最大回流流速增大而增大,在论文试验条件下,回流区最大流速小于2m/s,回流长度在45m左右以内时,船舶航行较安全,且通过船舶吨位敏感性试验分析得出较小吨位船舶受回流影响更大。
  最后,利用重叠网格技术,对船舶通过口门区回流进行了二维数值仿真,探究船舶在通过回流区前、处于回流区时、通过回流区后的流场分布情况,分析船舶在不同流场情况下所受的影响。仿真结果表明船舶处于回流区时,船艏部和船艉受到不同方向的横向流速,船舶受到一定的转动力矩,且船舶在刚驶过回流区时,船艉单方面受到水流作用,易产生“甩尾”行为,对船舶航行安全有一定的威胁。
  
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