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专利号: 2017113523148
申请人: 浙江海洋大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 计算;推算;计数
更新日期:2025-02-11
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种顺直航道矩形桥墩防撞领域确定方法,适用于矩形桥墩,设定D为桥墩防撞领域范围,也即是“墩吸流”消失点距离桥墩表面的最大距离,影响D的因素是桥墩特征宽度B及航道轴线的流速U,其中,桥墩特征宽度为桥墩宽度在垂直于水流主流向的最大宽度,其特征在于,确定D的方法为:首先建立D的计算模型,然后对上述计算模型进行数值模拟,最后运用所求数据拟合出D随着桥墩特征宽度B及航道轴线的流速U的变化曲线并得出D的经验表达式。

2.根据权利要求1所述的顺直航道矩形桥墩防撞领域确定方法,其特征在于,所述计算模型采用的RNGk-ε模型,所述模型的控制方程组包括:(1)质量守恒方程(连续方程): i=1,2

(2)动量守恒方程: i=1,2

(3)k-方程: i=1,2

(4)ε-方程: i=1,2

以上方程组中相关参数的含义为:xi(=x,y)代表轴向和径向方向的坐标;ui(=ux,uy)代表轴向和径向方向的水流流速;ρ表示水流的密度;p表示压强;ν表示水流的动力黏度;νt表示涡黏度,νt=Cμ(k2/ε),k表示紊动能,ε表示紊动能耗散率,Cμ=0.085,其他参数的取值如下: η=Sk/ε,C1=1.42, ηo=4.377,λ=0.012,C2=1.68,αk=αε=1.39,

其中,边界条件按照以下方法处理:

(1)入流边界条件有入流平均流速、湍流动能分布、湍流动能耗散率分布,它们的数学表达式分别为:uin=U;k=0.0144U2;ε=k1.5/(0.25b),其中:U为航道入口流速,b为航道宽度;

(2)出流边界处理方法如下:假定出流充分发展;

(3)壁面边界处理方法为:边界层流中采用无滑移假定,也即是,壁面边界的速度与边界节点速度分量都相等。

3.根据权利要求2所述的顺直航道矩形桥墩防撞领域确定方法及桥墩防撞装置,其特征在于,通过权利要求2中的模型求得若干组关于防撞领域范围D与桥墩特征宽度B和航道轴线的流速U之间关系的数据,通过所得点坐标拟合出D的曲线,从而获得顺直航道矩形桥墩防撞领域D的经验表达式。

4.一种桥墩防撞装置,使用权利要求3中得出的顺直航道矩形桥墩防撞领域D的经验表达式,其特征在于,包括水流传感器、若干个压力传感器、若干个移动浮标、处理器模块、压力式喷水装置和浮标固定盘,所述处理器模块用于通过经验表达式计算防撞领域D的大小、处理信号以及控制压力式喷水装置和浮标固定盘;

所述水流传感器固定在桥墩上,与处理器模块连接,用于测量水流的速度大小和方向,其数据被用于D的经验表达式;

所述压力传感器固定在移动浮标内部,均与处理器模块连接,用于判定船只是否进入顺直航道矩形桥墩防撞领域D的内部;

所述浮标固定盘水平固定在桥墩下的水底,包括盘体和若干个滑动装置,所述滑动装置在盘体上水平移动并与处理器模块连接;

所述移动浮标通过锚链锚碇于浮标固定盘的滑动装置上,并通过滑动装置的滑动来改变距离桥墩的距离;

所述压力式喷水装置固定在桥墩的水面下方,包括压力腔和喷水口,与处理器模块连接,所述喷水口为转动式喷水口,喷水口可以绕桥墩转动,所述压力腔的开闭和喷水口的转动方向受处理器模块控制,用于向进入防撞领域D内部的船只底部喷射水柱。

5.根据权利要求4所述的桥墩防撞装置,其特征在于,所述滑动装置为导轨式滑轮装置,包括固定在圆盘上的若干条呈以桥墩中心为圆心的辐射状导轨和若干个滑动电机,滑动电机在导轨内移动,从而带动移动浮标靠近和远离桥墩。

6.根据权利要求3或4或5所述的桥墩防撞装置,其特征在于,所述桥墩防撞装置通过以下步骤进行防撞:S1:处理器模块通过水流传感器获取水流速度的大小和方向,从而计算出桥墩特征宽度B和航道轴线的流速U,并通过D的经验表达式计算出防撞领域D的大小;

S2:通过滑动装置将移动浮标移动到防撞领域D的边缘处;

S3:当接连多个防撞浮标的压力传感器依次产生压力信号时,判定为船只进入防撞领域D内部并记录产生信号的第一个压力传感器的位置,处理器判定船只进入防撞领域D;

S4:处理器模块开启压力式喷水装置,将喷水口移动到第一个压力传感器的方向,然后打开压力腔向进入防撞领域D内部的船只底部喷射水柱,进而减少墩吸流的大小,迫使船只远离桥墩。

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