大型船坞流道水力特性及坞室水波的数值模拟研究

摘要

围绕“建立海洋强国必须优先发展海洋科技与工程”的目标，我国在扩大港口建设的同时，迫切需要建设大型和特大型船坞，以满足大型船舶和大型海洋平台建造的需要。在大型船坞建设与运行过程中，诸如灌泄水流道工程设计、流道水力特性及坞室水面波动等突出工程问题需进行更深入的理论研究。本文重点研究探讨了以下内容：(1)在前入研究基础上，从流体力学角度出发进一步探讨了虹吸流道水力特性，主要有驼峰段顶部控制断面负压、流速分布规律及其楣互影响，并提出虹吸管最佳曲率半径的理论计算公式，确保在驼峰段顶部负压不超过允许值的情况下，使其输水能力达到最大，以满足灌水时间要求。(2)研究了特大型船坞阀门灌水流道复杂水力特性，理论探讨计算了灌水流道水头损失、流量系数、作用水头、灌水流量、坞室水深等重要水力要素值，并通过模型实验检验了计算结果的合理性与可靠性的。(3)与传统的波浪产生有所不同，坞室水面波浪是由灌泄水廊道出(入)流，导致流量与动量变化而产生波浪。本文考虑坞室底部灌泄水廊道出流情况，波浪由底部出流的流量与动量变化所诱发，据此建立二维含源Boussinesq方程，对特大型船坞坞室内水面波动进行一比一直接数值模拟研究，评价大型船坞在灌泄水过程中坞室水面的泊稳情况。

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第一章绪论

1.1船坞建设概况

1.1.1中国船舶工业的发展契机

1.1.2国内现状

1.1.3船坞及其灌水方式

1.2船坞建设重点解决的水力学问题

1.3研究背景

1.3.1虹吸灌水研究

1.3.2坞室水面泊稳研究

1.4本文主要研究工作

第二章大型船坞虹吸流道驼峰段水力特性研究

2.1虹吸流道驼峰断面压强、流速分布计算

2.1.1基本理论

2.1.2方程求解与驼峰段水力特性计算

2.2虹吸管最优曲率半径确定

2.3计算公式的验证及工程应用

第三章大型船坞短廊道阀门灌水水力特性理论研究

3.1灌水廊道水力特性理论计算

3.1.1流量系数计算

3.1.2灌水时间T、作用水头h、灌水流量Qt、坞室水深Hwt计算公式

3.2物理模型实验验证

3.2.1水力模型设计与制作

3.2.2理论计算结果检验

第四章大型船坞灌泄水过程诱发坞室水面波动的数值模拟

4.1理论模式

4.2计算模式

4.3数学模型检验

4.3.1边界入射波诱发波动

4.3.2底部涌水诱发水波数值模拟

第五章结论

参考文献

发表论文和科研情况说明

致 谢