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原文传递考虑岸壁效应的船舶操纵运动数值模拟研究

论文题名：	考虑岸壁效应的船舶操纵运动数值模拟研究
关键词：	内河水运;船舶操纵运动;岸壁效应;数值模拟
摘要：	随着《水运“十三五”发展规划》的印发，内河水运发展加快，长江干线航道系统治理效果显著，高等级航道体系基本形成，内河逐渐向规模化、集约化发展，运输货物量逐年增加，内河运输船舶向专业化和标准化发展。根据交通运输部提出的2013-2020年发展纲要，对内河的水运建设提出了科学发展要求，需要进一步完善中国现代化内河水运体系，使内河航道满足畅通、高效、平安、绿色的新时代需求。充分发挥长江黄金水道及内河水运的优势，为中国经济发展和产业升级提供坚实的基础。但同时内河航道中仍存在较多浅窄水域，如长江上游的金沙江、嘉陵江、乌江等山区河道水深较浅、河宽较小、航道较窄，岸壁效应与浅水效应突出。船舶航行在浅窄水域时，由于水深和宽度的受限，船舶水动力变化明显，导致运动状态也随之改变，船舶的操纵安全受到威胁。由于浅窄水域船舶操纵的研究具有较大的应用价值，国内外专家学者进行了大量的研究，但研究成果主要集中在浅水操纵性方面，对岸壁效应的研究较少。因此，本文基于深水和浅水操纵运动数学模型，结合平面二维水流数学模型，重点建立了考虑岸壁效应的船舶操纵运动数学模型，可为存在岸壁影响的航道规划设计等提供参考依据。主要研究内容如下: 　　(1)首先介绍了本文建立的平面二维水流数学模型的基本原理及其求解方法，并采用Fortran语言编写计算水流的程序，对依托工程河段澜沧江河糯扎渡库尾至243号界碑河段进行水流数值模拟，经验证水流数学模型后，可为船舶操纵数值模拟提供流场基础数据。　　(2)基于MMG模型建立了深水域三自由度的船舶操纵运动数学模型，包括船舶操纵运动方程以及各水动力参数的计算，采用龙格—库塔法进行求解。在此基础上，考虑浅水效应的影响，建立浅水域船舶操纵运动数学模型。采用实船船型参数对建立的深浅水船舶操纵运动数学模型进行动静水条件下各工况的航行试验，包括静水直线航行和静水旋回性能试验，船舶回转试验和Z型试验，并将深浅水情况下的试验结果进行对比分析，验证了该船舶数学模型的可靠性。　　(3)分析了国内外关于岸吸力和岸推力矩的计算公式，基于深浅水船舶操纵运动数学模型，进一步考虑岸壁的影响，建立了船舶操纵运动数学模型，研究了距岸距离、水流速度、水深和船舶速度等因素对岸壁效应的影响，并通过船舶航行参数、船体相对偏移量和弗劳得数体现出来，数值模拟结果表明:与船舶航行同方向的水流速度越大，岸壁效应越强烈;船舶在距岸一倍船宽时，受岸壁效应影响最大，距岸五倍船宽时，岸壁影响微弱;船舶在浅水中比深水中受岸壁影响大;船舶速度越大，岸壁效应越强烈。　　(4)针对云南澜沧江梭椤滩段选取了实际代表船舶进行了考虑浅水和岸壁效应的船舶操纵运动数值模拟，通过分析在不同工况下的船舶航迹线和航行参数，得到在只考虑浅水影响的情况下船舶能够自航上滩，进一步考虑岸壁影响后，需要调整舵角船舶才能够正常航行。
作者：	杨韵
专业：	水利工程
导师：	童思陈
授予学位：	硕士
授予学位单位：	重庆交通大学
学位年度：	2018
正文语种：	中文