CC BY
8потока. 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, 5,1_Lipatov@mail.ru.
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-
па. Учитывая опыт решения аналогичных задач и результаты стажировки автора в ВА\)У, можно с уверенностью утверждать, что расчет такой модели на персональном компьютере, займет несколько месяцев, непрерывного счета. Естественно, реализовывать такой путь исследований, в данный момент нецелесообразно. Поэтому в исходную постановку задачи введем ряд допущений, которые существенно облегчат постановку и реализацию задачи, а так же позволят получить результаты на доступном персональном компьютере с достаточной точностью.
Как известно, наиболее тяжелые условия отстоя судна будут в верхнем подходном канале канального типа, и озерный тип подходов можно опустить из рассмотрения. В последнем случае вода будет собираться по сечению с большей площадью и меньшей скоростью, что естественно облегчит условия отстоя судна. В случае канального очертания подходов к шлюзу, форма живого сечения будет прямоугольной, которая по длине потока меняться будет незначительно. Таким образом можно смело предположить, что разгон волн в подходном канале будет идти по аналогии с прямоугольным длинным каналом квази призматической формы. Структура потока в таком канале по ширине останется неизменной по ширине (вдоль координаты Т). По глубине и длине потока изменения будут иметь место каждый момент времени. Таким образом можно выделить один сегмент единичной ширины в центральной чести канала и ограничиться рассмотрением двухмерной задачи.
Решение конкретной задачи выполним для подходного канала шлюза типичного для ВДСК. Область расчетной сетки для моделирования волновых процессов представлена на рис. 1.
Для формирования области используются следующие величины: М - начальная глубина в подходном канале; Н2 - мощность воздушного слоя расчетной области; а -величина открытия рабочих ворот (степень их поднятия над порогом камеры шлюза).
Рис. 1. Расчетная область для двухмерной задачи
Граничные и начальные условия для данной задачи будут очень близкими к пространственной постановке задачи, с учетом лишь небольших нюансов вызванных переходом от трех мерной постановки к двух мерной. Граничные области и соответствующие им граничные условия будут следующие:
Для ХУ € EFE'F
Vx = V(t) * eos (8) (1)
Vy = V(t) * sin (b) (2)
Kz = 0 (3)
L = 0.01 (4)
Для X,Y € ABA’B':
P = уводы* z + Ратм., где 0 <Z <h¡ (5)
¿ = 0.01 (6)
/ = 0.01 (7)
VOF= 1 (8)
Для X,Y С BCB'C’: .
P - Ратм., где h¡ < Z< h2 (9)
L = 0.01 (10)
/ = 0.01 (11)
FOF= 0 (12)
Для XY € ACDF:
К = 0 (13)
(1К
— = 0 (14)
ап
— = 0 (15)
(1п
^Уо Об)
(1п
Для ХУ € ЕЕЕТ’ ,АВА 'В', ВСВ'С’, АСБР:
К = 0 (17)
К = 0 (18)
б = 0 (19)
ёУОР
-----= 0 (20)
(1п
Начальные условия для двухмерной задачи будут полностью совпадать с начальными условиями для трех мерной модели описанной в /1 /.
Вынужденный переход от трехмерной задачи к двухмерной, позволяет нам не только сократить объем расчетной сетки с нескольких миллионов ячеек, до двух трех сотен тысяч, но и упростить процесс ее генерации, так как вся область интегрирования стала сводиться к прямоугольнику. При этом минимально необходимое время счета сократилось до нескольких суток и приблизилось к уровню приемлемому для практической реализации.
Таким образом мы получили возможность выполнения исследований волновых процессов в подходных канал более точно описывая поведение свободной поверхности в непосредственной близости к голове шлюза. На рис. 2 показан характер изменения очертания свободной поверхности воды на начальном этапе маневрирования воротами.
Рис. 2. Изменение местоположения поверхности воды но этапам
Как показывают результаты виртуального моделирования, уже на начальном этапе маневрирования, свободная поверхность проседает почти на 40 % от начальной глубины потока в канале. Естественно при такой динамике развития процесса формирования колебания волн в канале, волна образование пойдет совершенно по иному сценарию, нежели это предполагает решение уравнения Сен-Венана. И естественно, качественная сторона конечных результатов резко повысится и позволит нам адекватно смоделировать и изучить интересующие нас процессы на подходах к шлюзу.
Список литературы
[1] Липатов И.В. Формулировка полной пространственной модели динамики развития волнового процесса в верхнем подходном канале шлюза. Тут же.
DEVELOPMENT OF 2D MATHEMATICAL MODELS OF BEHAVIOUR OF A FREE SURFACE IN AREA NEAR THE TOP
HEAD OF A LOCK
I. Lipatov
The article proves necessity of transition to two-dimensional mathematical model in research of behavior of a free surface in the approach channel. Article contains boundary and initialization conditions for the model. The end of article have results of calculation. Results are received on personal computer PC.
