动水域进行静水航速试验的测算方法

受条件限制,某些河道的静水航速实船测试不得不在动水域进行.由于动水域水面坡降的存在,船舶推力需克服坡降阻力而不能全部为航行提供动力,对水航速代替静水航速会造成一定偏差.通过在澜沧江动水域进行的静水航速实船测试试验,提出了阻力平衡法和阻力同比法以修正静水航速,两种修正方法结果差异不大,而阻力同比法更为简略.理论和实例分析表明,对水航速是否能代替静水航速取决于坡降阻力所占船舶推力比例的大小.     

湘江湘潭铁路桥水域船舶安全航速研究

湘江湘潭铁路桥水域的通航条件较为复杂,为了研究船舶通过此水域的安全航速,确保桥和船的安全,进行桥区水域航道的船模试验研究。根据相似准则制作1∶100正态定床水工模型和船模,模拟II级航道各典型船舶在此水域的航行状况。试验采用流场实时测量系统VDMS对船模运动进行快速检测,由其内置程序得到船模的漂角、漂距以及相应的航速。根据安全航行的原则,通过对试验成果的分析,提出了在最大通航流量Q=20 000 m3/s下,2 000 t级自动船舶、2×2 000 t级驳船队和4×1 000 t级驳船队通过此水域的安全航速分别为:18.36～25.49km/h,14.40～19.40 km/h和14.40～18.47 km/h。该研究方法可供同行参考,其研究可为航道管理部门及设计部门提供依据。     

船行波作用下桥梁浮式施工平台动力响应分析

为研究船行波对浮式平台动力响应的影响,以国内某桥施工中设计的浮式平台为研究对象,使用海洋工程有限元分析软件USFOS建立了包含龙门吊在内的浮式平台模型,分析了浮式施工平台对波浪周期的敏感性,并研究了船舶航速以及船行波入射角度对浮式平台动力响应的影响。结果表明:波浪周期对浮式结构动力响应影响很大,浮式平台自振周期应尽量远离船行波周期,以降低平台动力响应;船舶航速增高会使波高、周期增大,设计航速应考虑浮式结构在波浪荷载下的动力响应影响;船行波浪入射角度对该类结构的动力响应影响较大,按照0°的入射角进行动力响应分析会低估船行波浪荷载影响。此研究成果对浮式施工平台的设计及施工具有一定的指导意义。     

船行波作用下桥梁浮式施工平台动力响应分析

为研究船行波对浮式平台动力响应的影响,以国内某桥施工中设计的浮式平台为研究对象,使用海洋工程有限元分析软件 USFOS 建立了包含龙门吊在内的浮式平台模型,分析了浮式施工平台对波浪周期的敏感性,并研究了船舶航速以及船行波入射角度对浮式平台动力响应的影响。结果表明: 波浪周期对浮式结构动力响应影响很大,浮式平台自振周期应尽量远离船行波周期,以降低平台动力响应; 船舶航速增高会使波高、周期增大,设计航速应考虑浮式结构在波浪荷载下的动力响应影响; 船行波浪入射角度对该类结构的动力响应影响较大,按照 0°的入射角进行动力响应分析会低估船行波浪荷载影响。此研究成果对浮式施工平台的设计及施工具有一定的指导意义。     

三峡工程明渠汛期通航水力学安全监测

导流明渠是三峡工程二期施工长江唯一的泄水通道，同时兼顾着导流和通航两大任务，在汛期既要保证安全度汛，在设计通航流量条件下又要保证安全通航。在导流明渠建成后两年汛期内，从流态、航迹线及船只对岸航速等方面进行了水力学观测。1998年是导流明渠建成后的第一年，由于明渠内部分未挖净的设计基本相同，1999年观测：明渠流态有明显好转，流速、水位也同设计值和试验值更接近些。通过对两年实测资料的分析并与模型试验对比表明：从水力学的角度，明渠设计采用高低渠结合的方式较好地解决了弯道水流的向心问题，使明渠流态更趋合理。实测明渠通航船只对岸航速均大于1m/s，船只通航流量大于其相应船舶（队）的设计通航流量，满足设计要求。     

船模航速率定试验数据的计算机拟合

 以前的船模航速率定，是将初步试验结果用人工在坐标纸描点，连线拟合，从而确定船模航速率定参数的方法，不仅费时、费力，而且精度较差，对后续的船模试验将带来一定的误差。采用计算机对船模航速率定试验结果进行拟合将有效地克服以上缺点，并能对某些异常的试验结果进行修正，从而提高了整个船模试验的精度和可靠性。     

航速对桥区行进船舶受力和重心位置的影响研究

航行船舶与桥墩间的水动力作用随航行速度不同而变化,致使船舶在航行过程中受力及航行姿态发生变化。采用物理模型试验验证和数学模型计算相结合的方法,以船舶航速为变量,分析了船舶沿程受力、艏摇力矩及重心位移受航速影响的变化规律。研究表明:随着航速的增加,船舶受到的横荡力、艏摇力矩正负峰值相应增加;船舶航速越高,船艏驶至桥墩尾涡负压区时,船舶越容易横向靠近桥墩;船尾驶至桥墩尾涡负压区时,航速越高,船尾越容易横扫桥墩,且后续航行过程中船舶横向远离桥墩偏航越大。研究成果可为后续研究船舶运行安全性和工程中确定安全的船桥间距提供参考。     

三峡工程明渠汛期通航水力学安全监测

导流明渠是三峡工程二期施工长江唯一的泄水通道 ,同时兼顾着导流和通航两大任务 ,在汛期既要保证安全度汛 ,在设计通航流量条件下又要保证安全通航。在导流明渠建成后两年汛期内 ,从流态、流速、航迹线及船只对岸航速等方面进行了水力学观测。 1998年是导流明渠建成后的第一年 ,由于明渠内部分未挖净的堆积和淤积影响 ,使明渠内部分区段水位和流速大于设计值 ,流态也不好。通过 1998年洪水的冲刷后 ,实测地形与设计基本相同 ,1999年观测 :明渠流态有明显好转 ,流速、水位也同设计值和试验值更接近些。通过对两年实测资料的分析并与模型试验对比表明 :从水力学的角度 ,明渠设计采用高低渠结合的方式较好地解决了弯道水流的向心问题 ,使明渠流态更趋合理。实测明渠通航船只对岸航速均大于 1m/s,船只通航流量大于其相应船舶 (队 )的设计通航流量 ,满足设计要求。     

二维半理论的船舶运动及波浪增阻计算适用性研究

波浪增阻是计算船舶能效指标中气象因子w_f的关键。该文基于二维半理论(又称高速细长体理论)实现了船舶运动响应预报并采用辐射能量法开发了波阻增加计算程序。通过对不同航速下Wigley III和S175船的水动力、运动和波浪增阻的细致计算与分析,并与切片理论和三维航速修正法求解的结果及试验值进行了比较,验证该方法的可靠性和适用性。研究表明二维半理论适用于船舶运动与波浪增阻的计算,相较于工程上常用的切片理论和航速修正方法,计算结果准确性适用性更高,为船舶波阻增加预报提供了快速有效的手段。     

桥区河段横流对船舶航行的影响

以某桥梁通航论证水工模型试验研究为基础,进行了遥控自航船模试验,对船模沿桥区不同航线航行情况下受到的水流影响进行了分析,重点分析了横流作用下的船舶受力以及桥区河段横向水流对船模航行的影响.分析结果表明,航线选择不同,船舶受水流的影响也不同;船舶受横流的影响程度与船型和静水航速等因素有关,船舶尺寸越大,受横流的影响越大;船舶静水航速越大,受横流的影响越小.横流作用下船舶的受力复杂,桥区河段应该合理规划航线以减小横流对船舶航行的影响,保证桥区通航安全.     

二维浅水狭航道船舶变速航行的有限元计算

本文从二维浅水波方程出发,采用有限元计算船舶变速驶进、驶出大坝升船机承船厢时的水动力学过程.二维浅水波方程理论把行驶船舶对水面的作用力直接加在二维浅水波方程里,以此来计算水表面波动和水平流速.水动力波产生的水动压力又影响到船舶的运动.本文研究船舶和水体的相互作用.它描述了水面波动、水平流速、船舶的纵倾角、船和厢底的最小间隙、以及承船厢受的水体总重量、水动力矩等重要物理量在船舶行驶过程中的变化规律.本文算例的结果和文献[5]给出的实验数据大体一致.计算结果还发现,船舶驶出承船厢时下沉和纵倾的幅度比船只驶进承船厢时要稍大一点.工程上应当予以重视.     

SHIP‐LOCK–INDUCED SURGES IN AN IMPOUNDED RIVER AND THEIR IMPACT ON SUBDAILY FLOW VELOCITY VARIATION

The majority of large rivers are fragmented by dams, and navigation is often supported by the installation of ship locks. Despite their ubiquitous existence, the effect of ship locks on river basin hydrodynamics is rarely considered in an environmental context. Ship‐lock operation induces single‐wave crests or troughs called surges, which propagate along the basin and are subject to reflection at the up‐ and downstream impoundments. We used pressure sensors and acoustic Doppler current profiler measurements to investigate the effects of up‐ and downstream ship locking on the water level and the current velocity dynamics in a 12.9‐km‐long basin of the impounded river Saar (Germany). Ship lifting at the lower dam and the associated water export from the basin results in a negative surge propagating upstream, whereas a descending ship‐lock operation at the upper dam of the basin creates a positive surge propagating downstream. Both types of waves are subject to positive reflection at the opposing dams. Frequent lock operations lead to a complex pattern of multiple superimposing surges. The resulting water level fluctuations are comparable in magnitude with those associated with discharge variations due to hydropower peaking but occur at much shorter timescales. Associated with the water surface displacement during wave passage is a corresponding increase or decrease of the longitudinal current velocity. The magnitude of wave‐induced velocity fluctuations can exceed mean flow velocities by a factor of three and, depending on wave type and direction, can result in a reversal of the main flow direction of the river. Because of their longevity of several hours and superposition effects, ship‐lock–induced surges govern 66.3% and 45.4% of the subdaily variations in flow velocity and water level, respectively. This article concludes with a discussion of the potential effects of lock‐induced flow dynamics in impoundments on oxygen dynamics and methane ebullition. Copyright © 2013 John Wiley & Sons, Ltd.     

船体各种剖面的横摇阻尼与旋涡的形状

本文运用求解N－S方程的手法研究船体的横摇阻尼问题。利用作者原先提出的计算方法，数值模拟船体各种二维横剖面在横摇时的粘性流场。计算结果表明涡的位置与实验结果相当吻合，同时给出了横摇时各种横剖面的剪切应力与压力分布，比较各种不同剖面的旋涡形状可以发现，对于船舯附近的剖面，船体周围有两个涡，而对于船首或船尾附近的剖面，船体周围只有一个涡。利用这一数值模拟结果计算了包括粘性影响的横摇阻尼，计算结果表明横摇阻尼中压力成分比剪切应力成分要大。     

高速双体客船船行波特性现场观测

应用珠江三角洲部分航道中高速双体客船船行波现场观测资料，分析船行波波态和特性。并与普通客船船行波比较，分析船行波对岸坡的影响。     

NUMERICAL STUDY OF SQUARE-STERN SHIP WAVE IN SHALLOW WATER

This paper employed shallow water equations with moving pressure to calculate water waves generated by a square-stern ship in shallow water. The moving ship is considered as moving pressure on free surface. The finite element method with moving grids is used to solve the shallow water equations based on wave equation model [3]. A non-reflection boundary condition [5]is imposed on open boundaries surrounding the ship. 3-D surface elevations, depth-averaged horizontal velocities are presented. The numerical solutions are physically reasonable. It is found that wave resistance coefficients, draftchange and pitch angle vary rapidly in neighborhood of critical flow (Fh=u/ gh= 0. 9 -1. 1). The numerical results also indicate that the wave resistance coefficients, draft change and pitch angle of square-stern ship are larger than those of sharp-stern ship with the same hull structure at the same speed.     

Retard function and ship motions with forward speed in time-domain

The time-domain calculations of retard function and ship motions in waves by the direct time-domain method （DTM） and the frequency to time-domain transformation method （FTTM） are compared and analyzed. A Wigley-hull-form ship and an $60 ship moving in waves are examined, and the corresponding retard functions are in good agreement with those given by DTM and FTTM. The comparison of retard functions in different forward speeds by the two methods is observed, and the results of ship motions in forward speed are also compared with the experimental data. On this basis, the advantage and disadvantage of them are discussed.     

THE SECOND-ORDER HYDROELASTIC ANALYSIS OF A SWATH SHIP MOVING IN LARGE-AMPLITUDE WAVES

1. INTRODUCTION During the last two decades, the linear three-dimensional hydroelasticity theory[1,2] has been extensively applied to a wide range of fluid-structure interaction problems in the field of naval architecture and marine engineering[3-5]. Thes…     

三峡工程双线五级船闸及其高边坡渗流监测成果分析

本文对双线五级船闸及其高边坡的渗流监测成果进行分析,通过分析认为高边坡地下水位主要受闸室开挖和降雨影响,目前地下水位基本稳定,高边坡地下水压力和闸室底板、闸墙背后渗压较小,均在设计允许范围内。     

大藤峡船闸关键水力学问题研究

大藤峡船闸闸室有效尺寸为280 m×34 m,最高通航水头为40.25 m,是世界上首个水头超过40 m的大型超高水头单级船闸。单级船闸的特性以及闸室规模、工作水头和输水时间要求决定了其单次输水水体、输水最大流量以及进入闸室的能量,超过闸室尺度相近的三峡多级船闸,借鉴三峡船闸输水系统体型的初设方案闸室内船舶停泊条件问题突出。为此开展了1∶30比尺船闸整体模型试验,结合减压及局部模型试验与数模计算,通过输水系统体型创新、输水系统阻力及阻力分配调整和阀门运行方式优选,解决了大藤峡船闸闸室内船舶停泊条件及输水系统水流空化等关键水力学问题。研究获得的新型自分流全闸室出水输水系统布置型式,很好地解决了闸室高效输水和船舶停泊安全问题,显著拓展了等惯性输水系统对水头的适应性,其成果可供超高水头大型船闸设计借鉴。