山区航道机动船消滩水力指标的无因次表达及计算

许光祥; 蒋孜伟; 王松宁; 范小寒; 马超峰; 李梁喜; 童思陈

doi:10.15961/j.jsuese.202200091

工程科学与技术 ›› 2022, Vol. 54 ›› Issue (05) : 72 -81. DOI: 10.15961/j.jsuese.202200091

山区航道机动船消滩水力指标的无因次表达及计算

许光祥, 蒋孜伟, 王松宁, 范小寒, 马超峰, 李梁喜, 童思陈

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摘要

消滩水力指标一般是指某船舶在额定载重、额定主机功率条件下能够自航上滩的最大航线流速和坡降的组合，是判定船舶能否自航上滩的临界水流条件，是急滩整治效果分析的参照依据。分析现有确定急滩消滩水力指标的方法存在的缺陷，指出了现有综合消滩水力指标表达式存在的关键参数选择不合理、影响因子与主变量的关系不明确等不足。基于水流阻力与流速、坡降阻力与坡降的基本关系，依据船舶推力与航行阻力平衡的基本原理，从克服现有消滩水力指标计算和表达等不足的角度出发，导出了无因次消滩水力指标传统表达式和预估公式。应用澜沧江500 t级船舶静水航速实船试验结果，获得了螺旋桨实际转速与额定转速之比随进速系数的变化规律，计算消滩水力指标时，螺旋桨转速不宜取额定转速。结果表明，兹万科夫公式计算的水流阻力与船舶推力存在较为明显的偏差。绘制了阻力修正系数随船舶弗劳德数的修正曲线，指出兹万科夫水流阻力计算公式需根据实船试验结果进行适当修正。分析计算了澜沧江多种机动船型的消滩水力指标，检验了无因次消滩水力指标传统表达式的合理性，证明采用无因次项的抛物线描述消滩水力指标中流速、坡降的关系甚为恰当。基于因次分析原理，通过澜沧江多种机动船消滩水力指标的数值回归分析，建立了无因次消滩水力指标预估公式，该公式明显提高了消滩水力指标的计算效率。