支流入汇对干流航道通航影响研究

作     者：曹凌瑞 

作者单位：长沙理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：程永舟

授予年度：2022年

学科分类：08[工学] 0824[工学-船舶与海洋工程] 

主      题：支流入汇 交汇角 汇流比 宽度比 最大偏航距离 

摘      要：自然河流中支流入汇的现象广泛存在,由于支流的汇入,在交汇区与干流相互混掺顶托,改变了原有的水流形态,形成复杂的水流结构,对内河船舶航运的操纵性和安全性均造成一定影响。本文主要采用数值模拟试验的方法,系统地研究不同交汇角θ、汇流比RQ以及干支流河道宽度比B*情况下交汇区干流表面流场,即横向流速和纵向流速变化规律。并以此为基础,基于船舶操纵数学模型进行交汇区船舶通航试验,模拟在不同情况下的操纵运动,探究在不同交汇角、汇流比和干支流河道宽度比情况下船舶下行的舵角、漂角以及偏移距离的变化规律。本文主要的研究结论为:(1)支流的汇入会引起交汇区水流流场出现明显的变化。在不同的工况下,在干支流河道下游连接点均出现最大的横向流速以及以该点为中心的椭圆形状横向流速等值线,并且沿水流方向,横向流速先增大后减小,垂直于水流指向交汇口对岸方向逐渐减小。对于纵向流速,均沿着干流水流方向先逐渐增大,同样在下游驻点附近出现最大值,之后在下游逐渐趋于稳定相同值。但是,对于不同交汇角、汇流比以及干支流河道宽度比工况时交汇区横、纵向水流流速变化的大小和范围表现出不同的规律。(2)基于分离式(MMG)水动力模型,建立船舶三个自由度的操纵数学模型,并模拟千吨级船舶在Ⅲ级航道不同交汇角、汇流比以及干支流河道宽度比情况下的操纵运动。随着交汇角、汇流比和宽度比的增大,船舶在航行至交汇区附近需要更早开始操舵,操舵时间发生相应改变,最大漂角也逐渐增大。由于支流汇入,干流上游发生偏转,船舶在上游开始偏离航线,并在交汇区下游达到最大值。随着交汇角、汇流比以及宽度比的增大,船舶的最大偏移距离逐渐增大。(3)对交汇区千吨级船舶Ⅲ级航道航行最大偏移距离与交汇角、汇流比以及干支流河道宽度比三个影响因素建立响应面试验设计,拟合相应回归公式,经过检验,该公式通过显著性检验,可以作为船舶航行时的理论指导。