不同侧支孔布置型式下的船舶系缆力数值模拟研究

摘要

对于闸底长廊道侧支孔输水系统的水动力学研究，目前主要采用物理模型试验和现场原型观测方法，均需消耗大量的人力和物力。采用方便快捷且不受试验条件及尺度效应影响的数值计算方法研究成果相对较少。通过闸室船舶系缆力数值模拟对不同侧支孔布置型式下输水系统水动力学特性进行系统性研究，总结分析其布置原则，可为船闸闸底长廊道侧支孔输水系统的设计和优化提供理论依据，并为类似工程提供借鉴，具有较重要的学术价值和实际意义。本文基于典型闸底长廊道分散式输水系统，选择代表船型，建立“船舶—水流”耦合动力响应的三维数学模型，采用三维紊流模拟方法、动网格技术以及闸室船舶系缆力并行计算程序，借助fluent软件对不同侧支孔布置型式下的闸室船舶系缆力进行数值模拟计算，主要研究内容及成果如下:
　　1、基于某依托工程，建立三维船闸整体模型，进行船舶系缆力研究，并通过模拟结果与工程实测数据对比分析，很好地验证了数值模型与计算方法的正确性，为后文不同侧支孔布置型式的水动力学特性研究奠定了基础。
　　2、采用三维紊流模拟方法和动网格技术，研究船闸输水初期不同侧支孔布置型式下的船舶系缆力，发现侧支孔型式的改变对纵向系缆力影响较小，对横向系缆力影响较大的一般规律。
　　3、通过对船舶系缆力和特征断面的水动力特性分析，得到闸底长廊道分散式输水系统布置型式下，侧支孔的一般布置原则:
　　①沿水流方向，侧支孔从大到小排列能取得更好的分流效果;
　　②侧支孔高宽取值较接近时，支孔出流消能效果较好;
　　③闸室有效尺度确定后，侧支孔个数选择存在一个“最优值”。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 问题的提出及研究意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 闸底长廊道侧支孔输水系统布置型式研究

1．2．2 闸室船舶系缆力数值模拟及应用研究

1．3 本文研究的主要内容及研究方法

1．3．1 主要研究内容

1．3．2 主要研究方法

1．3．3 主要技术路线图

第二章 数值模拟基本理论与方法

2．1 流体运动的基础理论

2．1．1 粘性流体中的应力

2．1．2 N-S方程

2．2 湍流的基本控制方程

2．2．1 紊流模型

2．2．2 计算方法

2．3 计算软件简介

2．3．1 FLUNENT简介

2．3．2 网格划分

2．3．3 边界条件

2．3．4 动网格

2．4 本章小结

第三章 模型建立与验证

3．1 模型建立

3．2 网格划分及边界条件

3．3 模型验证

3．4 本章小结

第四章 闸室船舶系缆力数值模拟

4．1 计算条件

4．1．1 船体参数

4．1．2 船舶自由度

4．2 计算原理

4．2．1 船舶系缆力方程

4．2．2 船舶运动方程

4．3 程序设计

4．3．1 并行计算

4．3．2 程序调试

4．4 侧支孔研究型式确定

4．5 侧支孔面积变化研究

4．5．1 侧支孔布置型式

4．5．2 系缆力对比

4．5．3 水力特性分析

4．6 侧支孔高宽变化研究

4．6．1 侧支孔布置型式

4．6．2 系缆力对比

4．6．3 水力特性分析

4．7 侧支孔个数变化研究

4．7．1 侧支孔布置型式

4．7．2 系缆力对比

4．7．3 水力特性分析

4．8 本章小结

第五章 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

致谢

参考文献

攻读学位期间取得的研究成果