基于实船验证的内河限制性航道船行波数值模拟

发布时间：2023-03-02 20:42

　　江苏省航道普查发现,日益增强的船舶水动力作用对内河限制性航道的断面形态影响显著,而船行波是首要动力因素。因此,要研究现代船舶水动力作用下内河限制性航道断面形态响应机理,首先需对内河限制性航道中船行波问题进行研究。本文采用试验研究和数值模拟研究的方法对内河限制性航道中的船行波问题进行研究。依托锡澄运河三级航道整治工程,在锡澄运河江阴南段建立了约500m长的船行波原型观测试验段,得到了300吨级和400吨级货船以不同的船速和离岸距离通过时水位波动历时曲线,共27组。利用试验数据,对船行波最大波高计算公式(Blaauw公式)进行了修正,并分析了离岸距离和深度弗汝德数与船行波最大波高之间的关系。船行波数学模型则是利用“移动压强法”基于Delft3D-FLOW模型来实现,该模型控制方程为二维垂向平均Navier-Stokes方程,用移动的扰动压强场代替运动的船舶,实现了对内河限制性航道中运动船舶的模拟。利用船行波原型观测试验数据对该数学模型的计算结果进行验证,两者比较接近,这证明了利用Delft3D-FLOW模型对内河限制性航道中船行波进行数值模拟的可行性。基于已验证的数学模型,分别分析了船速、...

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【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 研究背景
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 船行波理论研究
        1.2.2 船行波试验研究
        1.2.3 船行波数值模拟
    1.3 研究内容及路线
第二章 船行波理论
    2.1 船行波波态
    2.2 船行波预测模型
    2.3 船行波数值模拟
        2.3.1 波浪数学模型
        2.3.2 长波方程
        2.3.3 长波方程的色散关系
        2.3.4 纳维-斯托克斯方程的简化
        2.3.5 模型中的能量耗散
    2.4 本章小结
第三章 内河限制性航道船行波原型观测试验
    3.1 内河限制性航道特点
    3.2 试验思路
    3.3 试验航段
    3.4 试验条件
        3.4.1 试验水位
        3.4.2 试验仪器布置
        3.4.3 观测船型
    3.5 测量方法与测量结果
        3.5.1 测量方法
        3.5.2 测量结果
    3.6 测量结果分析
        3.6.1 船行波最大波高计算公式
        3.6.2 离岸距离与船行波最大波高关系
        3.6.3 深度弗汝德数与船行波最大波高关系
    3.7 本章小结
第四章 基于Delft3D的船行波数值模拟方法
    4.1 Delft3D模型介绍
        4.1.1 Delft3D-FLOW简介
        4.1.2 Delft3D-RGFGRID简介
        4.1.3 Delft3D-QUICHKIN简介
    4.2 Delft3D-FLOW中“移动压强法”的实现
        4.2.1 控制方程
        4.2.2 边界条件
        4.2.3 船舶的表示
        4.2.4 时间步长
    4.3 有限差分计算过程
    4.4 本章小结
第五章 基于Delft3D-FLOW船行波模型建立
    5.1 研究区域
        5.1.1 气象条件
        5.1.2 水文条件
    5.2 模型网格划分与参数设置
        5.2.1 网格划分
        5.2.2 计算区域水深
        5.2.3 模型参数设置
    5.3 模型验证
        5.3.1 组次A4验证
        5.3.2 组次B13验证
    5.4 计算分析
        5.4.1 船速
        5.4.2 离岸距离
        5.4.3 船舶吃水
        5.4.4 深度弗汝德数与船舶阻力系数
    5.5 本章小结
第六章 总结与展望
    6.1 总结
    6.2 展望
致谢
参考文献
作者简介



本文编号：3752592