基于CFD的大型沉井拖航水阻力数值模拟与预测.docVIP

基于CFD的大型沉井拖航水阻力数值模拟与预测 　　DOI：10.13340/j.jsmu.2016.04.005 文章编号：1672-9498（2016 摘要：针对大型沉井拖航过程中的水阻力计算问题，利用CFD进行不同拖航速度和不同迎流角组合工况下沉井拖航水阻力数值模拟.对数值模拟结果进行分析，提出以水流速度为1.0 m/s时的CFD阻力计算结果作为预测基准值的预测方法.结果表明，该预测方法具有较高的精度，预测结果与CFD计算结果的误差在-2.0%～1.0%之间.使用预测方法计算沉井拖航水阻力时，对每个迎流角只需计算一个工况下的结果，可以大幅度减少计算量. 关键词： 沉井； 拖航； 阻力； 数值模拟； 计算流体力学 中图分类号： O35 文献标志码： A Numerical simulation and prediction on towing resistance of large caissons based on CFD ZENG Xiangkuna， XIAO Yingjieb，c， LIU Yihuab （ a. College of Information Engineering； b. Merchant Marine College； c. Engineering Research Center of Shipping Simulation， Ministry of Education， Shanghai Maritime University， Shanghai 201306， China） Abstract： To solve the towing resistance problem of large caissons， the numerical simulation is carried out on towing resistance of caissons under composite conditions of different towing speeds and impacted angles. By analyzing the numerical simulation results， a prediction method is proposed， where the resistance obtained by CFD when the flow velocity is 1.0 m/s is set as the reference value when predicting towing resistance of caissons. The results show that， the prediction method is of high accuracy， and the error between the results predicted and calculated by CFD is from -2.0% to 1.0%. When using the prediction method for the towing resistance of caissons， the result under only one condition is calculated for each impacted angle， which can greatly reduce the amount of calculation. Key words： caisson； towing； resistance； numerical simulation； CFD 0引言 大型沉井作为施工护壁结构在跨江、跨海大桥等大型工程的建设中得到了广泛应用.大型沉井一般在预制厂完成建造后通过拖航浮运到施工地点，再进行工程后续施工.沉井在水上拖航过程中因受水流、波浪、风等因素影响产生阻力.沉井所受阻力由水阻力和空气阻力等组成，拖航作业时一般在风力和波浪较小的气象条件下进行，因此大型沉井拖航时水阻力是其所受阻力的主体部分. 针对沉井拖航水阻力问题，国内外普遍采用的方法主要有经验公式、物理模型试验和数值模拟.在经验公式计算方面，公路施工手册《桥涵》上册[1]、《海上拖航指南》[2]、《港口工程荷载规范》[3]等行业规范或标准对沉井等浮体的拖航水阻力有指导性的计算公式.在物理模型试验方面：李文玉[4]进行过人工岛沉井海上拖运的物理模型试验研究；陈策等[5]对泰州长江公路大桥中塔沉井进行了模型试验，对沉井在水流中的受力特性开展了研究；ISAWO等[6]通过模型试验研究了双壁沉井拖航