[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

说明书

本发明公开了一种弯曲航道中桥墩与航道边缘最小距离的确定方法，其通过RNG k‑ε模型结合航道总流速Uc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，从而为桥区浮标和航道布置提供依据，降低发生安全事故的几率。

技术领域

本发明涉及弯曲航道航行技术领域，尤其涉及一种弯曲航道中桥墩与航道边缘最小距离的确定方法。

背景技术

弯曲航道由于水流流态复杂，往往是事故多发地段。如果在弯曲航道建设桥梁，由于桥墩的存在，在其周围形成大量的紊流，在紊流的诱导下，船舶发生撞桥事故的概率大大增大。对于弯曲桥区航道而言，桥梁浮标应设置在桥墩紊流漩涡区范围之外，以指示船舶不要驶入桥墩紊流漩涡区。因此桥墩与航道边缘最小距离应该是桥墩紊流沿航道法线方向延伸的最大距离。桥墩与航道边缘最小距离是桥区浮标和航道宽度布置的重要依据，因此，有必要研究桥墩与航道边缘最小距离，为桥区浮标和航道布置提供依据。关于桥墩紊流范围，也有不少研究人员研究过，但他们研究的大多数是顺直航道桥墩防紊流范围大小，他们的研究结果认为，顺直航道桥墩紊流区范围与桥墩的特征宽度和桥墩附近水流的弗劳德数密切相关，桥墩迎流面的特征宽度越宽，桥墩紊流区范围越大；桥墩附近水流的弗劳德越大，桥墩紊流区范围也越大。相较于顺直航道桥墩防撞区，弯曲航道桥墩防撞区情况则复杂得多。这主要是因为，弯曲航道弯道环流，桥墩与流向之间存在夹角。关于弯曲航道桥墩紊流区范围，相关文献研究较少。但弯曲桥区水域更是事故多发地段，因此，很有必要深入研究弯曲航道桥墩紊流区范围，以确定桥墩与航道边缘最小距离。

因此，目前亟需一种能够确定弯曲道航道中桥墩与航道边缘最小距离的方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种弯曲道航道中桥墩与航道边缘最小距离的确定方法，其能够根据桥墩的特征参数和弯道总流速确定出桥墩与弯曲航道边缘最小距离S。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种弯曲道航道中桥墩与航道边缘最小距离的确定方法，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以及所述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RNG k-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。

其中，所述获取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计算所述弯曲航道中航道总流向之间的夹角β，其计算公式为：

其中，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；

根据所述弯道纵流速U和所述平均弯道横流流速U_m计算所述弯曲航道中航道总流向之间的夹角β，其计算公式为：