基于模型的耙吸挖泥船溢流损失估计及模型验证

对大型耙吸式挖泥船的装舱作业过程做了充分研究,重点解决了泥舱模型的溢流损失估计问题。利用多组实测数据,对3种泥舱沉积模型的估计效果进行了数据验证和评估分析,给出最终的评估结果。这一理论成果将应用于以后的挖泥船辅助决策和自动控制应用中。     

耙吸挖泥船泥舱消能结构特性数值研究

耙吸挖泥船泥舱的消能结构对装舱溢流损失有着重要的影响。采用数值计算方法对原型、对冲和45°挑高对冲共3种泥舱模型的进流结构进行了对比研究。计算结果显示：1）与原型相比,对冲和45°挑高对冲的泥舱内部流场的旋涡分布较为集中。2）进流管路的出流扩散范围基本位于进流管路的出口附近区域。3）泥舱内其它区域的流速及湍流强度均要小于原型,尤其在溢流筒附近区域湍流强度衰减更为明显。说明对冲和45°挑高对冲结构起到了一定的消能作用,将有利于泥舱装舱过程中泥沙的沉积,达到提高装舱效率的目的。     

挖泥船装舱数值模拟

挖泥船在施工过程中大量泥沙不断进入舱内。如果泥沙装舱过程控制不合理,容易造成挖泥船失去平衡,影响施工进度,甚至发生安全问题。同时,船舱出口在向外排水,一部分泥沙跟随水流流出舱外,造成溢流损失。合理安排装舱操作流程是保证施工安全和减少溢流损失的关键。通过采用MIKE 3 HD和MT模型模拟泥沙进入舱内的运动过程,计算分析不同工况下的舱内泥沙分布和装舱容积曲线。结果表明,MIKE 3模型可以很好地模拟泥沙装舱过程,并且计算速度快,可以用于辅助挖泥船施工操作的事先控制。     

压载水舱泥沙淤积原因和冲淤新方法

东海海水含沙量较高,船舶压载水舱等部位易形成泥沙沉积,增加船舶负重及油耗等运营费用。文章分析了船舶压载水舱泥沙淤积原因,模拟研究了泥沙沉降特征,提出了基于气动冲淤方式的压载水舱泥沙治理新方法。     

自航耙装舱装置消能效果比较试验

通过物理模型试验模拟自航耙吸挖泥船装舱溢流施工过程,以舱内流速、舱内浓度、溢流进出口泥沙粒径、装舱量几方面为主要控制因素,进行实测、分析,并比较自航耙4种常用装舱装置的消能效果。试验结果表明各种装舱装置的优劣效果差距并不明显,仿新海龙型装舱装置效果略好。     

大型耙吸式挖泥船泥舱格栅设计与装舱溢流损失探讨

耙吸式挖泥船的施工效率与溢流损失强度密切相关,减少溢流损失是提高施工效率的重要措施。为了确定减小溢流损失对装舱效率的影响,分析溢流损失的影响因素,并重点研究泥浆流速的影响,得出泥浆流速与溢流损失之间的关系。同时结合大型耙吸式挖泥船新海虎8轮的设备性能和实际施工经验,对常见的装舱系统消能方式进行分析,提出采用泥舱格栅的消能方式。通过理论分析,确定泥舱格栅设计与溢流损失之间的关系,采用此方式能有效减少溢流损失,提高装舱效率。为大型耙吸挖泥船泥舱装载系统设计提供参考。     

潍坊港潮流分析及航道回淤预测

潍坊港处于莱州湾的中部，岸滩水深较浅且变化平缓，泥沙运动较为活跃，泥沙淤积对航道的运营维护影响较大。通过建立潮流模型和泥沙输移数学模型进行计算，所得结果与现有的实测数据进行对比验证；再进一步模拟航道的冲淤情况，预测航道回淤分布规律以及航道沿程的淤强分布情况。结果表明，潮流模型和泥沙输移模型计算结果与实测数据吻合度均较高，预测航道年淤积量约为391.3万m3。     

基于无积分节点间断有限元的二维水沙模型:(2)泥沙运动与地形演变

泥沙输运和地形演变是河口海岸学研究的重要课题。为了合理模拟地形变化过程中泥沙运动问题,文章基于无积分节点间断有限元方法建立了二维泥沙数值模型。利用建立的数值模型模拟了水槽中泥沙冲淤过程,沙波演变过程、溃坝算例地形演变过程和三亚红塘湾悬沙运动,模拟结果与解析解或实测值吻合较好,表明该模型能够合理地模拟二维泥沙运动与地形演变过程。     

基于MIKE 3模型计算航道工程装舱溢流施工流失量

装舱溢流施工后输挖泥沙工程量统计时会包含沉落到航道范围内的泥沙，而落到航道范围外的泥沙无法确定，因此项目验收时根据航道体积计算的输挖工程量会远小于挖泥船实际作业时的工程量。依托盘锦港荣兴港区10万吨级航道工程，采用MIKE 3水动力数值模拟软件，搭建工程区潮流泥沙模型，计算出落到航道范围外的溢流泥沙流失量。结果表明，本方法能计算出整个施工期的装舱溢流施工流失量，对施工方统计实际施工量有重要意义。     

防波堤同步施工条件航道备淤深度预测

针对东营港某港区在防波堤建设和航道疏浚施工同步进行的共同作用下的备淤深度问题，建立工程海域的潮流泥沙数学模型，对该模型进行了波浪、潮流、泥沙及地形冲淤验证。在数学模型的基础上，将施工过程分解为若干节点分别建模计算，并结合施工结束至竣工验收的不同时间分期叠加统计。得到同步施工期间航道的回淤规律并预测备淤深度。该研究为航道工程的顺利实施提供技术支持，也为解决此类问题提供参考。     

装舱溢流施工在航道疏浚工程中的应用

装舱溢流施工工艺是耙吸挖泥船最常采用的施工方法,该方法可增大挖泥船的装舱浓度,以提高其挖泥效率、降低疏浚费用。基于装舱溢流施工工艺特点及固体颗粒在液体中的沉降运动规律研究,以工程实例为依据,分析溢流施工工艺在航道疏浚工程中的适用性。     

耙吸船艕带泥驳疏浚工艺在长江口维护施工中的应用研究

为有利于长江口深水航道的可持续性维护和发展,在借鉴已有工程实例的基础上,开展耙吸挖泥船艕带泥驳疏浚工艺在长江口应用的研究工作。综合现场模拟试验情况、长江口专用耙吸挖泥船及配套泥驳的设计性能等,对耙吸装驳工艺在长江口应用的施工工艺、施工时间和效率、施工作业条件和工况、经济效益等进行研究。结果表明该工艺技术上可行、安全有保障、经济效益明显,可在长江口航道维护疏浚中应用,并提出相关建议。     

长兴潜堤后方滩涂圈围工程疏浚土利用研究*

疏浚土正逐渐成为长江口滩涂造地泥沙资源供给的有效补充。长兴潜堤后方滩涂圈围工程紧邻长江口12.5 m深 水航道南港圆圆沙段,航道疏浚土利用的区位优势显著。在调查掌握南港圆圆沙段航道疏浚土产量、分布、土质及稳定性 的基础上,针对圈围工程特点,比选适合的疏浚吹填工艺,并提出可行的吹泥上滩技术方案。结果表明：南港圆圆沙段航 道疏浚土产量丰富稳定、运距短且土质条件较好,可满足圈围工程吹填用砂的要求。各类疏浚吹填工艺中,艏吹和耙吸装 驳工艺的技术适用性较好,现阶段可采用技术成熟的艏吹方案进行疏浚吹填,而耙吸装驳方案可作为备选,待2013年底正 式投入运营时可应用于圈围工程。研究成果为圈围工程吹填开辟了砂源,实现了航道疏浚与圈围造地的双赢。     

长江口深水航道疏浚土“十三五”造地利用研究Ⅱ——疏浚吹填工艺和方案

在分析评价长江口不同疏浚吹填工艺的特点及适用性的基础上,结合疏浚土资源供需关系和圈围工程现状条件,提出"十三五"期长江口深水航道疏浚土造地利用的初步技术方案。结果表明:1)长江口航道常用的"挖运抛+挖吹"和"挖运吹"工艺仅适用于较短运距的疏浚吹填工程;新研制的"耙吸装驳"工艺能适用于长运距的疏浚吹填工程,"十三五"投入应用后可显著拓展深水航道疏浚土的利用空间。2)"十三五"期间,横沙东滩七、八期圈围工程可利用深水航道北槽段疏浚土,采用"挖运抛+挖吹"和"耙吸装驳"的"挖+运+吹"工艺实施疏浚吹填;南汇东滩圈围工程N1库区可部分使用深水航道疏浚土,采用"耙吸装驳"工艺实施吹填;其他零星建设用地圈围工程可使用深水航道南港圆圆沙段疏浚土,采用"挖运吹"工艺吹泥上滩。     

大型耙吸式挖泥船在浅水区疏浚工艺的应用

针对大型耙吸式挖泥船大面积浅水区施工的问题,基于船舶的施工特性及项目工况条件,探讨在水深不满足船舶设计最小吃水的环境中,利用抽舱旁通与打开前泥门装舱的方法结合疏浚集成控制系统形成的浅水区疏浚工艺进行疏浚作业的可行性。依托非洲东部某港池疏浚工程项目实践,说明浅水区疏浚工艺可以优化船舶吃水,提高大型耙吸式挖泥船大面积浅水条件下的疏浚能力。     

“通程”号超大型耙吸挖泥船开发设计

阐述了708研究所自主开发设计的国内第一艘超大型挖泥船,采用全通甲板,适用于深、远海作业;泥舱舱容达18374m3,最大挖深可达85m,为目前中国设计建造的最大舱容、最大挖深的深水疏浚工程船;疏浚设备(即:泥泵、水下泵、高压冲水泵等)采用全变频电力驱动,泥舱首次采用箱形泥门形式。     

1.1万m~3耙吸挖泥船艏吹装驳施工技术

针对充砂袋施工中砂源短缺的问题,以京唐港东南防波堤工程为例,结合另一在建的航道疏浚项目,对耙吸挖泥船艏吹装驳技术进行研究。创造性地提出将传统耙吸船靠岸艏吹施工变更为利用全新研制的海上装驳平台进行装驳作业的施工方法。该技术旨在充分利用现场自然资源,在节约成本、保护环境的基础上确保工程按期完工。目前国内针对耙吸船艏吹装驳尚无成熟的施工工艺,该技术的成功实施对类似工程有重要的参考意义。     

船池形式对下水式升船机船厢出水过程水动力特性的影响

通过比尺为1∶20的船厢出入水物理模型,系统研究船池面积和船厢出水速度对下水式升船机船厢出水水动力特性的影响。结果表明:船池与船厢间隙面积与船厢面积比β的增大可有效降低船厢出水启动力、引航道内水面最大坡降,改善船池内船厢停泊条件;结合船厢入水过程水动力特性以及工程实际,建议船池与船厢间隙面积与船厢面积的最佳比值β为1.24。     

特大型耙吸挖泥船研制及工程应用

针对特大型耙吸挖泥船多工况、大舱容、大挖深、精确与高效控制及良好的航行性能等问题,进行船型、系列化耙头、高效泥泵、耙臂泵和控制系统的研究。采用理论研究、大比例尺模型试验、实船验证等多种研究方法,解决了限制特大型耙吸挖泥船国产化的技术瓶颈。在上述研究成果的基础上,设计建造了2艘特大型耙吸挖泥船,两船服务于我国多个重大港口航道工程,经济和社会效益显著。     

基于SPH方法的耙吸挖泥船艏喷过程数值仿真

艏喷是耙吸挖泥船作业的典型方式，泥浆混合物喷射轨迹和距离的分析一直是研究的热点。本文基于光滑粒子动力学（SPH）方法，在ABAQUS中建立典型耙吸挖泥船喷嘴管段模型,模拟泥浆喷射过程，并获得泥浆喷射轨迹及出口速度、泥浆散落面积等关键参数。经过与理论分析公式比较，粒子法数值模拟可以更好的描述喷射动态过程以及对管道的作用力，研究结果可以为耙吸挖泥船施工以及设计提供参考。