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随着陆运和水运的发展,桥梁的数量日益增加,布置日益密集,而桥墩的存在会阻碍河道中水流的顺畅下泄,其周围会形成紊流场使通航水流条件恶化,且随着航运发展的需要,船舶日益大型化,船舶与桥梁桥墩之间的矛盾进一步激化,两者碰撞也是时有发生,造成重大经济损失。而目前对桥区船舶通航安全距离的研究一般是研究桥墩周围紊流的结构及紊流宽度,几乎很少有从船舶运动与桥墩紊流的耦合作用的角度出发去研究桥区船舶通航问题。本文使用商用软件FLUENT建立船桥交汇运动三维数学模型,对船舶驶经桥墩过程中船舶与桥墩紊流的耦合作用进行研究;通过UDF计算数值模拟每一个时间步内船舶所受力和力矩,并以此计算下一个时间步内船舶重心的位置、线速度及角速度等,从而实现船舶运动与桥墩紊流的耦合作用的模拟;利用多区域计算模型将模型分为两个计算域(动区域和静区域),从而减少网格的数量、提高了动网格更新速度及数学模型计算速度;主要分析了船桥交汇过程中船舶对桥墩周围水流结构的影响、船舶沿程所受横荡力、艏摇力矩及重心位移的变化趋势,并详细分析了船速、流速及船桥间距对船舶受力及重心位移的影响,得出以下主要结论:(1)船舶沿程所受横荡力受桥墩及墩后尾涡的影响,呈现反复振荡现象,并有明显的峰值,依次为正峰值、负峰值、正峰值;横荡力的第二个正峰值比第一个正峰值大,而负峰值比两者都大;横荡力峰值的大小与流速和船速呈正相关,与船桥间距呈反相关。(2)船速和流速对船舶所受艏摇力矩影响较大,间距影响较小;间距从1.5D减小到0.6D,艏摇力矩正负峰值均只增加约50%,而船速从2.5m/s增大到5.5m/s时,艏摇力矩负峰值增大约140%,流速从1.5m/s增大到3.0m/s艏摇力矩负峰值增大约250%。(3)船桥间距不同时,船舶驶过桥墩时重心位移变化不同;当船桥间距为0.6D和0.9D时,船舶会以船首朝外(远离桥墩侧),船尾朝里(靠近桥墩侧)的姿态驶过桥墩,这会略微增大船舶航行所需的航道宽度,而其重心会先向桥墩靠拢,然后远离,且0.6D时船舶向桥墩靠拢距离大;当船桥间距为1.2D和1.5D时,船舶驶过桥墩过程中重心轨迹基本为直线,结合4.2节船舶沿程所受横荡力和艏摇力矩分析可知,在船速不大于2.5m/s,流速不大于2.0m/s的前提下,船桥间距达到1.2D及以上时,桥墩对船舶的航行影响很小。(4)船舶航行速度不同时,船舶驶过桥墩时重心位移变化不同;船速为2.5m/s和3.5m/s时,船舶受桥墩的作用会以船首朝外,船尾朝里的航行姿态驶过桥墩,其重心先向桥墩靠拢后远离,且3.5m/s时船舶向桥墩靠拢距离大;当船速增大到4.5m/s和5.5m/s时,船舶先以船首朝外,船尾朝里的姿态驶至船中处于桥墩时,随后会逐步调整船身,以船首朝里,船尾朝外的姿态驶过桥墩,其重心持续向桥墩靠拢。(5)水流速度不同时,船舶驶过桥墩时重心位移变化不同;流速1.5m/s和2.0m/s的变化趋势一样,船舶重心会先略微靠近桥墩,然后远离;2.5m/s和3.5m/s的变化趋势一样,船舶重心会稍微先远离桥墩,然后向桥墩侧移动。