3月30日上午，长沙湘雅路过江通道工程项目现场举行“星盛号”盾构机始发仪式。省委常委、长沙市委书记吴桂英宣布湘雅路过江通道盾构机始发。这标志着湘雅路过江通道工程建设进入新的阶段，正式敞开湘江“穿越”。

    “星盛号”盾构机始发仪式

    “星盛号”盾构机始发仪式

    据了解，湘雅路过江通道施工面对施工周边环境和地质条件杂乱，长距离岩层掘进，始发难度大等施工难题;触及穿越古建筑、湘江大堤、两穿断裂带，上跨地铁1号线，与地铁6号线交错并行等高难度风险源。针对该工程杂乱环境，项目为盾构施工量身打造了湖南最大直径泥水平衡盾构机“星盛号”。

    星盛号”台车下井
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    摘要：针彼岸边集装箱起重机进行外流场数值模仿，选用SolidWorks对依据DPW菲律宾ATI港项目的岸边集装箱起重机以1:100的比例进行几许建模，运用前处理软件AnsysICEM对模型进行处理，进行四面体非结构网格的区分。导入流体力学软件AnsysFluent，选用SST切应力运输模型，彼岸边集装箱起重机模型的外流场进行数值模仿，经外流场数值模仿得出气动阻力值与欧洲起重机规范的理论风载荷核算成果一致，故该办法能够广泛推行于实践项目的风载荷核算。

    关键词：岸边集装箱起重机；外流场；数值仿真；AnsysICEM；AnsysFluent

    0导言

    跟着船舶的大型化，岸边集装箱起重机（以下简称岸桥）的起升高度也不断加高，前伸距也不断加长，导致岸桥的重心也越来越高，风载荷彼岸桥的影响也在进一步增强，定量的把握风载荷彼岸桥的影响关于岸桥的稳定性规划至关重要。

    跟着核算机技术的进步和湍流理论的深入研讨和应用，核算流体力学作为一门新式的学科在轿车等行业外流场剖析中逐步替代了风洞试验，成为研讨空气动力学问题的重要手法。依据核算流体力学的众多优势，将核算流体力学应用于整机岸桥将会是行业未来的趋势。

    贾志浩等人[1]提出定论，在核算空气阻力系数方面，SST模型比标准κ-ε模型核算的成果更优势，因为SST模型考虑了剪应力,所以,该模型核算的阻力比标准κ-ε模型的成果更好。吴军等人[2]使用简化模型选用SST湍流模型进行仿真核算，并于试验成果比较得到湍流模仿与现实物理状况一致。玄兆燕等人[3]运用RNGκ-ε和SSTκ-ω湍流模型模仿得到翼型随攻角变化的升阻力系数曲线，并与试验数据进行对比，得出SSTκ-ω湍流模型更为精确。

    本文选用SST湍流模型，以DPW菲律宾ATI港项目的岸桥为例，彼岸桥模型的外流场进行数值模仿。

    1核算流体力学

    核算流体力学是以流体力学为根底，以数值核算为东西，经过求解三大操控方程或附加方程，即连续性方程、动量方程、能量方程来取得相关参数，对流体问题进行剖析的办法。比较试验流体力学和理论流体力学，核算流体力学的主要长处是[4]:

    1）费用低，周期短，成本低；

    2）试验受风洞以及试验条件的约束，只能运用较小模型在一定马赫数规模内打开，而核算流体力学能够在较为广阔的规模内调查整机的性能；

    3）能够调查活动的纤细结构以及发展进程；

    4）能够模仿多种重要状况，如粘性效应、化学反应和非平衡状况等；

    5）约束假设少，应用规模广，能够模仿杂乱流场。

    2起重机结构上的风载荷

    F.E.M给出了一种简化的核算办法，并假定能够从任何方向以常速水平吹来，而风载荷对起重机结构的作用是静态的。而实践工程应用中风载荷呼应类型众多，因此，给出结构的静力等效风载荷是一种卓有成效的办法。

    关于大多数整体的和部分的结构，以及起重机结构中运用的单根构件，由下式核算风载荷[5]：

    F=A·q·Cf式中：F为风载荷，N；A为结构部分的有用风面积，m2；q为与相应规划工况对应的风压，N/m2；Cf为结构沿着风向的风力系数。

    3岸桥外流场的数值模仿

    岸桥外流场的数值模仿进程(见图1)是非常杂乱，其中包括几许物理模型的精确性、网格系统的质量、湍流模型的选取、差分格局的结构、鸿沟条件的添加等。以下结合详细算例和成果剖析。

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    图1岸桥外流场的数值模仿进程

    3.1几许模型

    首要选用SolidWorks2016对DPW菲律宾ATI港岸桥项目以1:100的比例建模,该岸桥主要参数为:前伸距44.5m,后伸距12m,轨距18.5m,起升高度轨上37m,轨下13m,联络横梁下净空13.5m,门框内宽16.76m,整机宽度27m。模型巨细为202mm×594mm×950mm（见图2）。这样主要是考虑到2点：1）后续网格区分进程中减小核算量；2）一般实在的风洞试验，也会挑选1:100的比例制作ABS资料的模型，方便数据、定论的比对。

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    图2SolidWorks树立岸桥模型

    3.2核算网格的生成

    核算网格的区分是数值模仿进程中最为耗时的部分，网格生成占整个项目周期的80%~95%。一起，网格的质量很大程度上决定着数值模仿成果精确程度甚至数值模仿能否收敛。

    本文选用AnsysICEMCFD中的非结构化网格生成办法——八叉树Octree生成四面体智能网格（Tetra）和三棱柱鸿沟层网格（Prism）。也尝试过使用非结构化网格生成办法——Delaunay办法四面体智能网格（Tetra）和三棱柱鸿沟层网格（Prism）以及自顶向下+O-grid网格技术的六面体结构化网格区分，但并未取得很好的作用。核算网格生成过程如下：

    1）首要经过ICEM-CFD与SolidWorks的接口程序，直接导入新建的岸桥模型及确认核算域；

    2）设置面网格、部分线网格、鸿沟层网格参数以及网格加密区等；

    3）生成网格；

    4）检查网格质量，调整、提高网格质量，直至满意要求值；

    5）保存网格文件；

    6）最终输出AnsysFluent求解器文件；

    3.3物理模型

    3.3.1外流场树立

    物理模型按照岸桥前面2倍岸桥长、岸桥高低方向5倍岸桥高、岸桥两边方向5倍岸桥宽、岸桥后边5倍岸桥长。最终岸桥外流场巨细设定为1000mm×3000mm×7000mm。

    3.3.2马赫数

    现在岸桥的最高车速约为50km/h。而依据航空空气动力学的经验证明，当马赫数Ma≤0.3时，可疏忽气流的压缩性。岸桥绕流问题能够定性为定常、等温、不可压缩的三维流场，因为杂乱外形会引起气流的别离，应按湍流处理。

    3.3.3雷诺数

    本文模仿设定岸桥周围的流体是有粘性的空气气体，在海平面高度，一个标准大气压，15°时，空气密度ρ=1.205kg/m3，动力粘性系数μ=1.81×10-5N·s/m2，运动粘度υ=μ/ρ,υ=1.50207×10-5m2/s，风速v=20m/s，这样，由核算域进口尺寸核算得到的雷诺数为

    Re=υl/v=(20×7)/1.50207×10-5远大于2000（临界雷诺数）式中：v为平均流速，m/s；l为特征长度，m;υ为运动粘度,m2/s。该活动归于高雷诺数的湍流。

    3.4湍流模型

    湍流数值模仿办法见图3。

    流场核算的基本操控方程是Navier-Stokes方程,而挑选SST模型对雷诺时均方程（ReynoldsAverageNavier-Stokes，简称RANS方程）进行封闭。

    首要，SST模型是依据Wilcoκ-ω模型。因为Wilcoxκ-ω模型对来流过于敏感，进口处ω的

    设定关于成果的影响非常大。为了处理这个问题，对κ-ω模型进行了变形。

    BDLκ-ω模型不能精确猜测流体从滑润外表别离的开始点和量，还有涡粘性。SST模型考虑湍流剪切应力的传递，在逆压梯度下精确猜测流体从滑润外表别离的开始点和量，能够更好地得到涡粘性传递状况。

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    图3三维湍流模型数值模仿办法

    4岸桥风洞的数值模仿成果及剖析

    本文模仿核算都在CPU为Intel(R)CPUE5-2670v2@2.5GHz2.5GHz(6处理器)，装置内存为100GB的渠道上运行，AnsysFluent运算迭代2000步，约300+步成果收敛，一共花费12h。

    数值模仿过程如下：

    1)将ICEM-CFD生成的网格文件，导入AnsysFluent；

    2)设置单位，与建模单位一致；

    3)参考文献[11]，挑选依据压力的求解器（别离式求解器），时刻为稳态模型。压力速度耦合办法挑选Simple压力修正算法[6]，各个相关方程的离散格局都选用2阶顶风格局。

    4)湍流模型中挑选SST高雷诺数模型；

    5)鸿沟层条件设置。

    岸桥正前方的端面为进口鸿沟Velocityinlet，给定风速为20m/s，能够依据文献[7]求得，湍流比例5%和湍流耗散度1.5；岸桥正后方的断面为压力出口鸿沟pressure_outlet；地面、两边壁面、顶面以及岸桥外表为壁面wall。

    AnsysFluent输出风压散布成果(见图4)，岸桥气动阻力值为13.48N（见图5），也便是1.376kg。因为是1:100建模，换算成1:1比例，风载荷阻力值为13760kg，与按照F.E.M静态法得到的风载荷相差无几。而且经过多次、多个项目的实践，得到同样的定论。由此证明，本文的岸桥风洞的数值模仿能够为岸桥规划供给指导。

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    图4岸桥风压散布

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    图5岸桥气动阻力

    5定论

    本文供给了从岸桥建模、网格区分、岸桥风洞数值模仿的办法、流程，比较了岸桥风洞数值模仿定论中岸桥气动阻力值与FEM静态法得到的风载荷，证明了岸桥风洞的数值模仿的可行性与精确性。未来的研讨，还有许多能够打开的作业：1）经过AnsysFluent后处理剖析气流迹线图[8]，针对造型存在的气动特性问题，对原模型进行了部分改进，真正为岸桥细节规划供给指导；2）关于风洞流场域规划做更深入研讨，满意角度风的研讨；3）更深入研讨来流规划，满意梯度风的研讨。

    参考文献

    [1]贾志浩,付卫东.湍流模型在轿车流场仿真中的应用[J].我国科技信息，2012(22):49,50.

    [2]吴军，钟志华，谷正气.轿车外流通数值仿真的进一步研讨[J].机械工程学报，2003，39（9）：110-113.

    [3]玄兆燕,张泰宁.小型垂直轴风力机翼型气动性能的数值模仿[J]流体机械201，45(3):47-51.

    [4]纪兵兵,陈金瓶.ANSYSICEMCFD网格区分技术实例详解[M].北京：我国水利水电出版社,2012(1).

    [5]F.E.M标准欧洲起重机机械规划规范[S].

    [6]张海峰.依据Fluent的电动轿车车身气动造型优化规划研讨[D].扬州：扬州大学，2012.

    [7]何文凯.高层双塔杂乱体型建筑环境特性数值模仿研讨[D].杭州:浙江工业大学，2015.

    [8]唐家鹏.Fluent16.0超级学习手册[M].北京:人民邮电出版社，2016.

    “星盛号”台车下井

    最大的盾构机自然也需求最牢靠的吊装，2021年1月1日，“星盛号”台车下井。2月21日，刀盘顺利吊装下井，这是盾构机装置中难度最高的一项工序，而完结这一重任的便是中联重科两台大型履带起重机。吊装进程中，翻身、直立、下井，一系列动作行云流水，中联重科履带起重机精准、平稳、高效的作业赢得了广泛称誉。

    湖南省重点工程湘雅路过江通道工程

    湖南省重点工程湘雅路过江通道工程

    湘雅路过江通道工程作为湖南省重点工程、长沙十大根底设施项目之一，估计2023年建成通车。到时将处理长沙中心城区过江交通“瓶颈”问题，极大地缓解银盆岭大桥和营盘路隧道过江压力，完成联线成网、内外通畅的方针。

    （来源于中联重科起重机）
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