CC BY
9Определение посадки уровня воды, объема разрабатываемого фунта на перекате, оптимальных параметров разрабатываемой прорези, является в настоящее время актуальной проблемой ввиду развития путейскими организациями деятельности по поставке фунтов, разрабатываемых попутно при дноуглубительных работах и ухудшении судоходных условий на участках магисфальных рек (лимитирование по глубине).
INVESTIGATION OF THE ESTIMATION OF PARAMETERS NAVIGABLE CUT ON LEVEL MODE RIFT OF THE SITE
S. G. Zarudniy
The question of an arrangement developed cut in borders of a river stream, their influence on navigable parameters of the rivers is investigated. The technique and results of calculations of influence of parameters navigable cut on level a mode rift a site are submitted.
УДК 626.421.4
И. В. Липатов, к. т. н„ доцент, ВГАВТ.
603600, Нижний Новгород, ул. Нестерова, 5, [email protected].
ИССЛЕДОВАНИЕ ЦЕЛЕСООБРАЗНОСТИ ОРГАНИЗАЦИИ ДИФФЕРЕНЦИРОВАННЫХ СТОЯНОК ДЛЯ СУДОВ ОЖИДАЮЩИХ ШЛЮЗОВАНИЯ СО СТОРОНЫ ВЕРХНЕГО ПОДХОДНОГО КАНАЛА (НА ПРИМЕРЕ ШЛЮЗОВ ВДСК)
В статье рассматривается вопрос о организации дифференцированных стоянок судов. Даны результаты моделирования поведения свободной поверхности. Проанализированы гидродинамические силы действующие на судно в подходном канале. Обоснована возможность размещения судна типа Волго-Дон ближе к воротам шлюза.
На сегодняшний день водный фанспорт стал неотемлимой частью экономики любого развитого индусфиального государства. Его привлекательной стороной является низкая себестоимость перевозок и высокая экологичность процесса. Значение последнего обстоятельства становится все более весомым, в связи с ростом уровня техногенной нафузки на окружающую среду и водные объекты в частности.
Традиционно, человечество при освоении окружающей среды сфемиться к ее комплексному использованию. В частности используя реки как источник питьевой воды, человечество стало постепенно приспосабливать их под нужды судоходства, получения гидроэлекфоэнергии и т.д. Естественно для реализации этих намерений, возводятся специальные гидротехнические сооружения с помощью которых все выше названное претворялось в жизнь.
Таким образом, в процессе промышленного развития, гидроэнергетические комплексы стали неотемлимой частью всех крупных рек. А такая его компонента как шлюз, обязательной составляющей каждого гидроузла. Способствуя дальнейшему развитию водных путей, шлюзы стали одним из факторов, существенно сдерживающих интенсификацию судопотоков на внуфенних водных путях. Практически с момента начала комплексного освоения водных путей многие ученые работали над вопросом сокращения продолжительности периода шлюзования. Но несмофя на это, вопрос о поиске и включении в фанспортный процесс резервов ускорения прохождения судов через шлюзованный участок и по сей день актуален.
В данной статье предполагается рассмотреть динамику развития волновых процессов в межшлюзовом бьефе, которая формируется в процессе маневрирования рабочих ворот при наполнении камеры. Конечной целью этого исследования является оценка перспективы и возможности создания дифференцированных стоянок для судов ожидающих очереди на вход в шлюз со стороны верхнего бьефа.
В случае введения дифференцированных стоянок, эксплуатационники получат возможность избирательно устанавливать суда в подходном канале. Часть судов будут ожидать входа в камеру на значительном удалении от верхней головы, а часть смогут максимально приблизиться к ней. Таким образом, последние, будуг проходить меньшее расстояние для непосредственного входа в камеру шлюза и тем самым сократят продолжительность своего цикла шлюзования.
Основным фактором, определяющим минимально возможное расстояние, на которое судно может подойти к шлюзу в ожидании процесса шлюзования, является интенсивность волнового процесса формирующегося при поступлении потока в камеру шлюза. Естественно, что волна однотипно действует на все суда ожидающие шлюзования, но силы которые возникают в швартовых тросах удерживающих суда у причальных стенок различны. Во первых это определяется тем, насколько близко судно стоит к верхней голове, как к источнику волнения, а во вторых от водоизмещения судна. Таким образом суда с большими габаритами, имеющие более интенсивное усилие в швартовых тросах, должно дальше отстоять от верхних ворот, так как амплитуда волны там уменьшается и гидродинамические силы действующие на судно падают. В тоже время суда с меньшим водоизмещением может ближе подойти к воротам и безопасно дождаться команды на вход в камеру на шлюзование.
Наличие резерва в сокращении продолжительности цикла шлюзования, тут кроится в том, что традиционно минимально допустимое расстояние до ворот, проектировщики регламентировали для всех судов одинаковым. При этом, они ориентировались на состав с максимальным водоизмещением, у которого условия отстоя были наихудшими. Таким образом, существенно увеличивалось расстояние, которое мелко сидящее судно должно было пройти для входа в камеру, а за ним и время реального цикла шлюзования, как для небольших судов, так и судов для типа Волго-Дон.
Отправной точкой практического решения данной задачи является наличие надежной методики численного моделирования развития волновых явлений на исследуемой акватории. Основные нюансы процесса математического моделирования данного процесса и сама модель разработана автором в статье /1/. Поэтому далее рассмотрим волновой процесс в межшлюзовом канале длинной 2 км, и средней глубиной 4,0 метра. Такие навигационные условия являются типичными для участков пути на ВДСК.
Объем расчетной сетки для такой задачи ограничивается на уровне 200000 ячеек. Такая модель, за 130-150 часов (порядка 6 полных суток) непрерывного счета на персональном компьютере типа АТЬ01Ч-1800, позволяет прописать процесс волнообразования для отрезка канала в 2 километра, в течении 30-^40 минут реального времени. Этого отрезка времени вполне достаточно, что бы отследить все пики уклонов поверхности воды по длине исследуемого участка и регламентировать допустимые расстояния от судна до головы шлюза. Типичная динамика поведения свободной поверхности потока, на акватории верхнего подходного канала, представлена на рис. 1.
Согласно СНиП /2/ максимально допустимая гидродинамическая сила, действующая на судно не должна превышать величину:
Рож-О.З'Мчь)01 (1)
где \*/суд - водоизмещение расчетного судна
С другой стороны, гидродинамическая сила, действующая на судно, в каждый конкретный момент времени, описывается выражением:
ЛЯ
=/*^=----------- (2)
I
где ДЯ- разность отметок поверхности воды между кормой и носом;
Ь - длинна судна.
Рис. 1 Динамика поведения свободной поверхности (Мг 1:1 Мв 1:100)
Применительно к судну типа Волго-Дон мидель-шпангоут которого находится на расстояниях 200, 600, 1000 и 1400 метров от рабочих ворот, разности отметок между носом и кормой в процессе наполнения камеры шлюза иллюстрирует рис. 2.
Учитывая что длинна Волго-Дона 140 метров, а водоизмещение \У = 5000 тонн, величина разностей отметок АН не должна превышать 14 см. Зависимость максимальной разности отметок, между носом и кормой как функции расстояния от ворот, в процессе всего цикла иллюстрирует рис. 3.
А) Ь = 200 ш
Б) Ь = 600 ш
ЛЯ-
ЛН„
I
149 Ш 729 9Ю 2200
В) Ь- 1000 ш
АН с
ш
£
О 140 4Ш0 720 960 2200
0 240 4ЛО 720 960 1290
< *
Рис. 2. Зависимости пиковых значений уклонов поверхности воды нос-корма на различных расстояниях от рабочих ворот (Ь)
расстояние от рабочих ворот I (м)
Рис. 3. Зависимость максимальной разности отметок нос-корма в зависимости от расстояния до рабочих ворот
Как видно из рис. 3 величина критической разности отметок, между кормой и носом Волго-Дона наблюдается на расстоянии 150 метров, Это значение на 50 метров меньше того, на которое традиционно встают суда в ожидании шлюзования. При этом нужно иметь ввиду то что двух мерная модель дает более жесткие результаты, нежели это будет иметь на практике, так как при этом не учитывается плановое растекание
потока. Включение в транспортный процесс этого дополнительного резерва ускорения процесса судопропуска, сдерживается мощностью вычислительного ресурса имеющегося в распоряжении автора. Но не смотря на это, мы получаем возможность как минимум на 1 минуту сократить общую продолжительность прохождения шлюзованного участка судном с водоизмещением в 5000 тонн.
Список литературы
[1] Липатов И.В. Разработка двух мерной математической модели поведения свободной поверхности в районе верхней головы шлюза. Здесь же.
[2] Подпорные стены, судоходные шлюзы, рыбопропускные и рыбозащитные сооружения. СН и П 2.06.07-87. / Госстройком СССР. - М.: 1987, - 35 с.
RESEARCH OF EXPEDIENCY OF THE ORGANIZATION OF THE DIFFERENTIATED PARKING FOR SHIPS, EXPECTING LOCK PERIOD NEAR THE TOP HEAD OF THE LOCK (FOR EXAMPLE LOCK OF BDSC)
I. Lipatov
The question on the organization of the differentiated parking courts is considered in the article. Modeling results of behavior of a free surface are given. Hydrodynamic forces working on a ship in approach channel are analyzed. The opportunity of accommodation of a ship of type Volgo-Don closer to a gate of lock.
УДК 626.421.4
И. В. Липатов, к. т. н., доцент, ВГАВТ.
603600, Нижний Новгород, ул. Нестерова, 5,[email protected].
РАЗРАБОТКА ДВУХМЕРНОЙ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ПОВЕДЕНИЯ СВОБОДНОЙ ПОВЕРХНОСТИ В РАЙОНЕ ВЕРХНЕЙ ГОЛОВЫ ШЛЮЗА
В статье обосновывается необходимость перехода на двухмерную математическую модель исследования поведения свободной поверхности в подходном канале. Статья содержит граничные и начальные условия для модели. Представлены результаты расчета выполненные на PC.
Характер движения волны в подходном канале, особенно у голов шлюза и в районе причальных пал всегда представлял практический интерес при решении производственных и эксплуатационных вопросов. В статье / 1 / автором была сформулирована полная трех мерная математическая модель развития волнового процесса на акватории верхнего подходного канала к шлюзу. К сожалению, применение универсальной модели, как аппарата научных исследований, требует большого вычислительного ресурса, с целью реализации всех этапов CAD/CAE технологии моделирования.
Для создания расчетной сетки аппроксимирующей пространство расчетной области потока, была создана CAD модель. После генерации расчетной сетки и ее оптимизации, общее количество ячеек составляло порядка двух миллионов для подходного канала канального типа и более трех миллионов ячеек для акваторий озерного ти-
