[发明专利]弯曲航道中桥墩与航道边缘最小距离的确定方法

权利要求书

1.一种弯曲航道中桥墩与航道边缘最小距离的确定方法，其特征在于，包括步骤：

分别获取弯曲航道总流速U_c和桥墩特征参数，所述桥墩特征参数包括桥墩长度L，桥墩宽度B以及桥墩轴线与所述弯曲航道中航道总流向之间的夹角β；

采用RNGk-ε模型结合航道总流速U_c和所述桥墩特征参数进行三维数值模拟计算，并根据计算结果进行曲线拟合，获得所述桥墩与弯曲航道边缘最小距离S，所述桥墩与弯曲航道边缘最小距离S的计算公式为：

S＝(1.76lnU_c+3.63)(Lsinβ+Bcosβ)+0.0005lnU_c+0.0004。

2.如权利要求1所述的弯曲航道中桥墩与航道边缘最小距离的确定方法，其特征在于，所述获取桥墩轴线与所述弯曲航道中航道总流向之间的夹角β的步骤，具体包括步骤：

分别获取弯曲航道参数和船舶吃水d，其中，所述弯曲航道参数包括弯曲航道水深H，弯曲航道曲率半径R；

根据所述弯曲航道参数和所述船舶吃水d计算桥墩轴线与所述弯曲航道中航道总流向之间的夹角β，其计算公式为：

3.如权利要求2所述的弯曲航道中桥墩与航道边缘最小距离的确定方法，其特征在于，所述弯曲航道参数还包括所述弯曲航道的弯道纵向流速U，所述根据所述弯曲航道参数和所述船舶吃水d计算桥墩轴线与所述弯曲航道中航道总流向之间的夹角β的步骤，具体包括步骤：

根据所述弯道纵向流速U计算弯道环流流速U_r；

根据船舶的吃水d和所述弯道环流流速U_r，计算作用在船舶上的平均弯道横流流速U_m；

根据所述弯道纵向流速U和所述平均弯道横流流速U_m计算桥墩轴线与所述弯曲航道中航道总流向之间的夹角β，其计算公式为：

β＝arctg(U_m/U)。

4.如权利要求3所述的弯曲航道中桥墩与航道边缘最小距离的确定方法，其特征在于，所述弯道环流流速U_r的计算公式为：

其中，y为相对水深。

5.如权利要求4所述的弯曲航道中桥墩与航道边缘最小距离的确定方法，其特征在于，所述平均弯道横流流速U_m的计算公式为：

6.如权利要求1所述的弯曲航道中桥墩与航道边缘最小距离的确定方法，其特征在于，所述RNGk-ε模型的控制方程包括：

(1)质量守恒方程：

其中，x_i(＝x,y)代表轴向和径向方向的坐标；u_i(＝u_x,u_y)代表轴向和径向方向的水流流速；

(2)动量守恒方程：

其中，ρ表示水流的密度；p表示压强；

(3)k-方程：

其中，ν表示水流的动力黏度；ν_t表示涡黏度，ν_t＝C_μ(k²/ε)，k表示紊动能，ε表示紊动能耗散率，C_μ＝0.085；

(4)ε-方程：

其中，经验常数：η＝Sk/ε，C₁＝1.42，η_o＝4.377，λ＝0.012，C₂＝1.68，α_k＝α_ε＝1.39。

7.如权利要求1所述的弯曲航道中桥墩与航道边缘最小距离的确定方法，其特征在于，进行三维数值模拟计算时，计算的边界条件包括：入流边界条件、出流边界条件、对称轴边界条件和壁面边界条件；

若为入流边界条件时，入流平均流速u_in＝u₀，湍流动能分布k＝0.0144u₀²，湍流动能耗散率分布ε＝k^1.5/(0.5R)，其中：u₀为泄洪洞入口平均流速；R为泄洪洞半径；

若为对称轴边界条件时，令径向速度为0，且各变量沿径向的梯度均为0；

若为壁面边界条件时，边界层流中采用无滑移假定，即壁面边界的速度与边界节点速度分量相等。