平面二維水水沙運動與船舶運動的數(shù)值模擬研究及其應用.pdf

1、在水利工程、港航工程的規(guī)劃設計過程中，往往需要對工程與河流、航運的相互影響進行定量的預測研究，而預測結(jié)果的正確與否，關系到工程的決策乃至工程的成敗。目前的預測研究方法主要包括實測資料分析、數(shù)值模擬和實體模型試驗等。實測資料分析主要是基于實際觀測資料進行分析，但它只能結(jié)合工程興建對這種相互影響做出定性的結(jié)論。而實體模型試驗及船模試驗在80年代以前幾乎是對這種相互影響做出定量預測的唯一途徑，需要耗費大量的人力和物力，且試驗周期長。隨著數(shù)值模

2、擬技術近年來的迅速發(fā)展，水沙數(shù)值模擬及船舶運動模擬已經(jīng)成為定量分析的一種主要技術手段，它具有省時、省力，耗費少及靈活方便等優(yōu)點。
　　 本文在回顧已有的有關研究成果基礎上，根據(jù)流體力學、河流動力學及船舶運動學理論，建立了基于有限元方法的平面二維水流泥沙模型及船舶運動數(shù)學模型，開發(fā)了相應的計算程序，并應用這兩個模型對(三峽至葛洲壩)兩壩間通航標準，重慶果園港區(qū)水沙條件及河床演變以及重慶華能電廠取水口取水條件進行了研究，解決了相關的

3、技術問題，并為這些工程的實施提供了科學依據(jù)及技術支撐。
　　 全文共分7章。
　　 第一章系統(tǒng)地介紹了水沙數(shù)值模擬及船舶運動數(shù)值模擬的發(fā)展狀況，并指出水流泥沙模型中一些關鍵理論和技術問題尚未得到很好的解決，在今后相當長的時間內(nèi)必須加強水沙運動基本理論的研究，推動水沙數(shù)學模型的進一步發(fā)展。在船舶運動模擬方面則需解決淺水下水動力系數(shù)計算模式及方法問題，并與虛擬現(xiàn)實等現(xiàn)代技術相結(jié)合，使其更符合實際情況。
　　 第二章介

4、紹了水沙數(shù)學模型采用的基本方程及有限元離散方法，對水沙數(shù)學模型中挾沙力計算公式選取、河道糙率選取與處理方法進行了分析，并在此基礎上建立了二維水沙數(shù)學模型。
　　 第三章對船舶運動數(shù)值模擬的基本方程及離散方法進行了研究，介紹了其中幾個關鍵的水動力系數(shù)計算模式，并在此基礎上構(gòu)建了船舶運動數(shù)值模擬的計算程式，并利用2640HP+4×1000T船隊實船試驗資料對模型的計算結(jié)果進行驗證分析，取得了較好的結(jié)果。
　　 第四章利用第二

5、章中建立的水流模型對三峽圍堰施工期三峽至葛洲壩兩壩間主要灘險的水流條件進行計算分析，并在此基礎上利用第三章的船舶運動數(shù)學模型，對6種代表船型的過灘能力進行了數(shù)值模擬分析，確定了各代表船型通過兩壩間河段的限制流量，并在三峽圍堰旌工期兩壩間的通航標準中得到采用。
　　 第五章利用第二章建立的水沙數(shù)學模型首先對重慶果園港區(qū)修建前后的水流條件變化進行了研究，明確了果園二期修建在一般情況下對水流條件影響較小，但在洪水及大洪水時，會導致港區(qū)

6、下游明月峽流速明顯增加，對船舶上行有一定影響；在此基礎上，考慮三峽水庫調(diào)度運行，進行了20年的長系列泥沙沖淤模擬計算，結(jié)果表明果園港區(qū)碼頭前沿線位于泥沙淤積體以外，泥沙對港區(qū)正常運行影響較小，所得成果在果園二期和二期擴建工程的碼頭前沿線選擇、施工方案制定中得到了應用。
　　 第六章利用水沙數(shù)學模型，對嘉陵江水土河段華能電廠取水口的位置選擇、取水條件及泥沙淤積影響進行了研究，結(jié)果表明推薦的取水口位置選擇合理，不存在泥沙累積性淤積情