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下載手機APP 3月30日上午，長沙湘雅路過江通道工程項目現場舉行“星盛號”盾構機始發儀式。省委常委、長沙市委書記吳桂英宣布湘雅路過江通道盾構機始發。這標志著湘雅路過江通道工程建設進入新的階段，正式敞開湘江“穿越”。
“星盛號”盾構機始發儀式
“星盛號”盾構機始發儀式
據了解，湘雅路過江通道施工面對施工周邊環境和地質條件雜亂，長距離巖層掘進，始發難度大等施工難題;觸及穿越古建筑、湘江大堤、兩穿斷裂帶，上跨地鐵1號線，與地鐵6號線交錯并行等高難度風險源。針對該工程雜亂環境，項目為盾構施工量身打造了湖南最大直徑泥水平衡盾構機“星盛號”。
星盛號”臺車下井
?
摘要：針彼岸邊集裝箱起重機進行外流場數值模仿，選用SolidWorks對依據DPW菲律賓ATI港項目的岸邊集裝箱起重機以1:100的比例進行幾許建模，運用前處理軟件AnsysICEM對模型進行處理，進行四面體非結構網格的區分。導入流體力學軟件AnsysFluent，選用SST切應力運輸模型，彼岸邊集裝箱起重機模型的外流場進行數值模仿，經外流場數值模仿得出氣動阻力值與歐洲起重機規范的理論風載荷核算成果一致，故該辦法能夠廣泛推行于實踐項目的風載荷核算。
關鍵詞：岸邊集裝箱起重機；外流場；數值仿真；AnsysICEM；AnsysFluent
0導言
跟著船舶的大型化，岸邊集裝箱起重機（以下簡稱岸橋）的起升高度也不斷加高，前伸距也不斷加長，導致岸橋的重心也越來越高，風載荷彼岸橋的影響也在進一步增強，定量的把握風載荷彼岸橋的影響關于岸橋的穩定性規劃至關重要。
跟著核算機技術的進步和湍流理論的深入研討和應用，核算流體力學作為一門新式的學科在轎車等行業外流場剖析中逐步替代了風洞試驗，成為研討空氣動力學問題的重要手法。依據核算流體力學的眾多優勢，將核算流體力學應用于整機岸橋將會是行業未來的趨勢。
賈志浩等人[1]提出定論，在核算空氣阻力系數方面，SST模型比標準κ-ε模型核算的成果更優勢，因為SST模型考慮了剪應力,所以,該模型核算的阻力比標準κ-ε模型的成果更好。吳軍等人[2]使用簡化模型選用SST湍流模型進行仿真核算，并于試驗成果比較得到湍流模仿與現實物理狀況一致。玄兆燕等人[3]運用RNGκ-ε和SSTκ-ω湍流模型模仿得到翼型隨攻角變化的升阻力系數曲線，并與試驗數據進行對比，得出SSTκ-ω湍流模型更為精確。
本文選用SST湍流模型，以DPW菲律賓ATI港項目的岸橋為例，彼岸橋模型的外流場進行數值模仿。
1核算流體力學
核算流體力學是以流體力學為根底，以數值核算為東西，經過求解三大操控方程或附加方程，即連續性方程、動量方程、能量方程來取得相關參數，對流體問題進行剖析的辦法。比較試驗流體力學和理論流體力學，核算流體力學的主要長處是[4]:
1）費用低，周期短，成本低；
2）試驗受風洞以及試驗條件的約束，只能運用較小模型在一定馬赫數規模內打開，而核算流體力學能夠在較為廣闊的規模內調查整機的性能；
3）能夠調查活動的纖細結構以及發展進程；
4）能夠模仿多種重要狀況，如粘性效應、化學反應和非平衡狀況等；
5）約束假設少，應用規模廣，能夠模仿雜亂流場。
2起重機結構上的風載荷
F.E.M給出了一種簡化的核算辦法，并假定能夠從任何方向以常速水平吹來，而風載荷對起重機結構的作用是靜態的。而實踐工程應用中風載荷呼應類型眾多，因此，給出結構的靜力等效風載荷是一種卓有成效的辦法。
關于大多數整體的和部分的結構，以及起重機結構中運用的單根構件，由下式核算風載荷[5]：
F=A·q·Cf式中：F為風載荷，N；A為結構部分的有用風面積，m2；q為與相應規劃工況對應的風壓，N/m2；Cf為結構沿著風向的風力系數。
3岸橋外流場的數值模仿
岸橋外流場的數值模仿進程(見圖1)是非常雜亂，其中包括幾許物理模型的精確性、網格系統的質量、湍流模型的選取、差分格局的結構、鴻溝條件的添加等。以下結合詳細算例和成果剖析。
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圖1岸橋外流場的數值模仿進程
3.1幾許模型
首要選用SolidWorks2016對DPW菲律賓ATI港岸橋項目以1:100的比例建模,該岸橋主要參數為:前伸距44.5m,后伸距12m,軌距18.5m,起升高度軌上37m,軌下13m,聯絡橫梁下凈空13.5m,門框內寬16.76m,整機寬度27m。模型巨細為202mm×594mm×950mm（見圖2）。這樣主要是考慮到2點：1）后續網格區分進程中減小核算量；2）一般實在的風洞試驗，也會挑選1:100的比例制作ABS資料的模型，方便數據、定論的比對。
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圖2SolidWorks樹立岸橋模型
3.2核算網格的生成
核算網格的區分是數值模仿進程中最為耗時的部分，網格生成占整個項目周期的80%~95%。一起，網格的質量很大程度上決定著數值模仿成果精確程度甚至數值模仿能否收斂。
本文選用AnsysICEMCFD中的非結構化網格生成辦法——八叉樹Octree生成四面體智能網格（Tetra）和三棱柱鴻溝層網格（Prism）。也嘗試過使用非結構化網格生成辦法——Delaunay辦法四面體智能網格（Tetra）和三棱柱鴻溝層網格（Prism）以及自頂向下+O-grid網格技術的六面體結構化網格區分，但并未取得很好的作用。核算網格生成過程如下：
1）首要經過ICEM-CFD與SolidWorks的接口程序，直接導入新建的岸橋模型及確認核算域；
2）設置面網格、部分線網格、鴻溝層網格參數以及網格加密區等；
3）生成網格；
4）檢查網格質量，調整、提高網格質量，直至滿意要求值；
5）保存網格文件；
6）最終輸出AnsysFluent求解器文件；
3.3物理模型
3.3.1外流場樹立
物理模型按照岸橋前面2倍岸橋長、岸橋高低方向5倍岸橋高、岸橋兩邊方向5倍岸橋寬、岸橋后邊5倍岸橋長。最終岸橋外流場巨細設定為1000mm×3000mm×7000mm。
3.3.2馬赫數
現在岸橋的最高車速約為50km/h。而依據航空空氣動力學的經驗證明，當馬赫數Ma≤0.3時，可疏忽氣流的壓縮性。岸橋繞流問題能夠定性為定常、等溫、不可壓縮的三維流場，因為雜亂外形會引起氣流的別離，應按湍流處理。
3.3.3雷諾數
本文模仿設定岸橋周圍的流體是有粘性的空氣氣體，在海平面高度，一個標準大氣壓，15°時，空氣密度ρ=1.205kg/m3，動力粘性系數μ=1.81×10-5N·s/m2，運動粘度υ=μ/ρ,υ=1.50207×10-5m2/s，風速v=20m/s，這樣，由核算域進口尺寸核算得到的雷諾數為
Re=υl/v=(20×7)/1.50207×10-5遠大于2000（臨界雷諾數）式中：v為平均流速，m/s；l為特征長度，m;υ為運動粘度,m2/s。該活動歸于高雷諾數的湍流。
3.4湍流模型
湍流數值模仿辦法見圖3。
流場核算的基本操控方程是Navier-Stokes方程,而挑選SST模型對雷諾時均方程（ReynoldsAverageNavier-Stokes，簡稱RANS方程）進行封閉。
首要，SST模型是依據Wilcoκ-ω模型。因為Wilcoxκ-ω模型對來流過于敏感，進口處ω的
設定關于成果的影響非常大。為了處理這個問題，對κ-ω模型進行了變形。
BDLκ-ω模型不能精確猜測流體從滑潤外表別離的開始點和量，還有渦粘性。SST模型考慮湍流剪切應力的傳遞，在逆壓梯度下精確猜測流體從滑潤外表別離的開始點和量，能夠更好地得到渦粘性傳遞狀況。
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圖3三維湍流模型數值模仿辦法
4岸橋風洞的數值模仿成果及剖析
本文模仿核算都在CPU為Intel(R)CPUE5-2670v2@2.5GHz2.5GHz(6處理器)，裝置內存為100GB的渠道上運行，AnsysFluent運算迭代2000步，約300+步成果收斂，一共花費12h。
數值模仿過程如下：
1)將ICEM-CFD生成的網格文件，導入AnsysFluent；
2)設置單位，與建模單位一致；
3)參考文獻[11]，挑選依據壓力的求解器（別離式求解器），時刻為穩態模型。壓力速度耦合辦法挑選Simple壓力修正算法[6]，各個相關方程的離散格局都選用2階頂風格局。
4)湍流模型中挑選SST高雷諾數模型；
5)鴻溝層條件設置。
岸橋正前方的端面為進口鴻溝Velocityinlet，給定風速為20m/s，能夠依據文獻[7]求得，湍流比例5%和湍流耗散度1.5；岸橋正后方的斷面為壓力出口鴻溝pressure_outlet；地面、兩邊壁面、頂面以及岸橋外表為壁面wall。
AnsysFluent輸出風壓散布成果(見圖4)，岸橋氣動阻力值為13.48N（見圖5），也便是1.376kg。因為是1:100建模，換算成1:1比例，風載荷阻力值為13760kg，與按照F.E.M靜態法得到的風載荷相差無幾。而且經過多次、多個項目的實踐，得到同樣的定論。由此證明，本文的岸橋風洞的數值模仿能夠為岸橋規劃供給指導。
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圖4岸橋風壓散布
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圖5岸橋氣動阻力
5定論
本文供給了從岸橋建模、網格區分、岸橋風洞數值模仿的辦法、流程，比較了岸橋風洞數值模仿定論中岸橋氣動阻力值與FEM靜態法得到的風載荷，證明了岸橋風洞的數值模仿的可行性與精確性。未來的研討，還有許多能夠打開的作業：1）經過AnsysFluent后處理剖析氣流跡線圖[8]，針對造型存在的氣動特性問題，對原模型進行了部分改進，真正為岸橋細節規劃供給指導；2）關于風洞流場域規劃做更深入研討，滿意角度風的研討；3）更深入研討來流規劃，滿意梯度風的研討。
參考文獻
[1]賈志浩,付衛東.湍流模型在轎車流場仿真中的應用[J].我國科技信息，2012(22):49,50.
[2]吳軍，鐘志華，谷正氣.轎車外流通數值仿真的進一步研討[J].機械工程學報，2003，39（9）：110-113.
[3]玄兆燕,張泰寧.小型垂直軸風力機翼型氣動性能的數值模仿[J]流體機械201，45(3):47-51.
[4]紀兵兵,陳金瓶.ANSYSICEMCFD網格區分技術實例詳解[M].北京：我國水利水電出版社,2012(1).
[5]F.E.M標準歐洲起重機機械規劃規范[S].
[6]張海峰.依據Fluent的電動轎車車身氣動造型優化規劃研討[D].揚州：揚州大學，2012.
[7]何文凱.高層雙塔雜亂體型建筑環境特性數值模仿研討[D].杭州:浙江工業大學，2015.
[8]唐家鵬.Fluent16.0超級學習手冊[M].北京:人民郵電出版社，2016.
“星盛號”臺車下井
最大的盾構機自然也需求最牢靠的吊裝，2021年1月1日，“星盛號”臺車下井。2月21日，刀盤順利吊裝下井，這是盾構機裝置中難度最高的一項工序，而完結這一重任的便是中聯重科兩臺大型履帶起重機。吊裝進程中，翻身、直立、下井，一系列動作行云流水，中聯重科履帶起重機精準、平穩、高效的作業贏得了廣泛稱譽。
湖南省重點工程湘雅路過江通道工程
湖南省重點工程湘雅路過江通道工程
湘雅路過江通道工程作為湖南省重點工程、長沙十大根底設施項目之一，估計2023年建成通車。到時將處理長沙中心城區過江交通“瓶頸”問題，極大地緩解銀盆嶺大橋和營盤路隧道過江壓力，完成聯線成網、內外通暢的方針。
（來源于中聯重科起重機）
“星盛號”盾構機始發儀式
“星盛號”盾構機始發儀式
據了解，湘雅路過江通道施工面對施工周邊環境和地質條件雜亂，長距離巖層掘進，始發難度大等施工難題;觸及穿越古建筑、湘江大堤、兩穿斷裂帶，上跨地鐵1號線，與地鐵6號線交錯并行等高難度風險源。針對該工程雜亂環境，項目為盾構施工量身打造了湖南最大直徑泥水平衡盾構機“星盛號”。
星盛號”臺車下井
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摘要：針彼岸邊集裝箱起重機進行外流場數值模仿，選用SolidWorks對依據DPW菲律賓ATI港項目的岸邊集裝箱起重機以1:100的比例進行幾許建模，運用前處理軟件AnsysICEM對模型進行處理，進行四面體非結構網格的區分。導入流體力學軟件AnsysFluent，選用SST切應力運輸模型，彼岸邊集裝箱起重機模型的外流場進行數值模仿，經外流場數值模仿得出氣動阻力值與歐洲起重機規范的理論風載荷核算成果一致，故該辦法能夠廣泛推行于實踐項目的風載荷核算。
關鍵詞：岸邊集裝箱起重機；外流場；數值仿真；AnsysICEM；AnsysFluent
0導言
跟著船舶的大型化，岸邊集裝箱起重機（以下簡稱岸橋）的起升高度也不斷加高，前伸距也不斷加長，導致岸橋的重心也越來越高，風載荷彼岸橋的影響也在進一步增強，定量的把握風載荷彼岸橋的影響關于岸橋的穩定性規劃至關重要。
跟著核算機技術的進步和湍流理論的深入研討和應用，核算流體力學作為一門新式的學科在轎車等行業外流場剖析中逐步替代了風洞試驗，成為研討空氣動力學問題的重要手法。依據核算流體力學的眾多優勢，將核算流體力學應用于整機岸橋將會是行業未來的趨勢。
賈志浩等人[1]提出定論，在核算空氣阻力系數方面，SST模型比標準κ-ε模型核算的成果更優勢，因為SST模型考慮了剪應力,所以,該模型核算的阻力比標準κ-ε模型的成果更好。吳軍等人[2]使用簡化模型選用SST湍流模型進行仿真核算，并于試驗成果比較得到湍流模仿與現實物理狀況一致。玄兆燕等人[3]運用RNGκ-ε和SSTκ-ω湍流模型模仿得到翼型隨攻角變化的升阻力系數曲線，并與試驗數據進行對比，得出SSTκ-ω湍流模型更為精確。
本文選用SST湍流模型，以DPW菲律賓ATI港項目的岸橋為例，彼岸橋模型的外流場進行數值模仿。
1核算流體力學
核算流體力學是以流體力學為根底，以數值核算為東西，經過求解三大操控方程或附加方程，即連續性方程、動量方程、能量方程來取得相關參數，對流體問題進行剖析的辦法。比較試驗流體力學和理論流體力學，核算流體力學的主要長處是[4]:
1）費用低，周期短，成本低；
2）試驗受風洞以及試驗條件的約束，只能運用較小模型在一定馬赫數規模內打開，而核算流體力學能夠在較為廣闊的規模內調查整機的性能；
3）能夠調查活動的纖細結構以及發展進程；
4）能夠模仿多種重要狀況，如粘性效應、化學反應和非平衡狀況等；
5）約束假設少，應用規模廣，能夠模仿雜亂流場。
2起重機結構上的風載荷
F.E.M給出了一種簡化的核算辦法，并假定能夠從任何方向以常速水平吹來，而風載荷對起重機結構的作用是靜態的。而實踐工程應用中風載荷呼應類型眾多，因此，給出結構的靜力等效風載荷是一種卓有成效的辦法。
關于大多數整體的和部分的結構，以及起重機結構中運用的單根構件，由下式核算風載荷[5]：
F=A·q·Cf式中：F為風載荷，N；A為結構部分的有用風面積，m2；q為與相應規劃工況對應的風壓，N/m2；Cf為結構沿著風向的風力系數。
3岸橋外流場的數值模仿
岸橋外流場的數值模仿進程(見圖1)是非常雜亂，其中包括幾許物理模型的精確性、網格系統的質量、湍流模型的選取、差分格局的結構、鴻溝條件的添加等。以下結合詳細算例和成果剖析。
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圖1岸橋外流場的數值模仿進程
3.1幾許模型
首要選用SolidWorks2016對DPW菲律賓ATI港岸橋項目以1:100的比例建模,該岸橋主要參數為:前伸距44.5m,后伸距12m,軌距18.5m,起升高度軌上37m,軌下13m,聯絡橫梁下凈空13.5m,門框內寬16.76m,整機寬度27m。模型巨細為202mm×594mm×950mm（見圖2）。這樣主要是考慮到2點：1）后續網格區分進程中減小核算量；2）一般實在的風洞試驗，也會挑選1:100的比例制作ABS資料的模型，方便數據、定論的比對。
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圖2SolidWorks樹立岸橋模型
3.2核算網格的生成
核算網格的區分是數值模仿進程中最為耗時的部分，網格生成占整個項目周期的80%~95%。一起，網格的質量很大程度上決定著數值模仿成果精確程度甚至數值模仿能否收斂。
本文選用AnsysICEMCFD中的非結構化網格生成辦法——八叉樹Octree生成四面體智能網格（Tetra）和三棱柱鴻溝層網格（Prism）。也嘗試過使用非結構化網格生成辦法——Delaunay辦法四面體智能網格（Tetra）和三棱柱鴻溝層網格（Prism）以及自頂向下+O-grid網格技術的六面體結構化網格區分，但并未取得很好的作用。核算網格生成過程如下：
1）首要經過ICEM-CFD與SolidWorks的接口程序，直接導入新建的岸橋模型及確認核算域；
2）設置面網格、部分線網格、鴻溝層網格參數以及網格加密區等；
3）生成網格；
4）檢查網格質量，調整、提高網格質量，直至滿意要求值；
5）保存網格文件；
6）最終輸出AnsysFluent求解器文件；
3.3物理模型
3.3.1外流場樹立
物理模型按照岸橋前面2倍岸橋長、岸橋高低方向5倍岸橋高、岸橋兩邊方向5倍岸橋寬、岸橋后邊5倍岸橋長。最終岸橋外流場巨細設定為1000mm×3000mm×7000mm。
3.3.2馬赫數
現在岸橋的最高車速約為50km/h。而依據航空空氣動力學的經驗證明，當馬赫數Ma≤0.3時，可疏忽氣流的壓縮性。岸橋繞流問題能夠定性為定常、等溫、不可壓縮的三維流場，因為雜亂外形會引起氣流的別離，應按湍流處理。
3.3.3雷諾數
本文模仿設定岸橋周圍的流體是有粘性的空氣氣體，在海平面高度，一個標準大氣壓，15°時，空氣密度ρ=1.205kg/m3，動力粘性系數μ=1.81×10-5N·s/m2，運動粘度υ=μ/ρ,υ=1.50207×10-5m2/s，風速v=20m/s，這樣，由核算域進口尺寸核算得到的雷諾數為
Re=υl/v=(20×7)/1.50207×10-5遠大于2000（臨界雷諾數）式中：v為平均流速，m/s；l為特征長度，m;υ為運動粘度,m2/s。該活動歸于高雷諾數的湍流。
3.4湍流模型
湍流數值模仿辦法見圖3。
流場核算的基本操控方程是Navier-Stokes方程,而挑選SST模型對雷諾時均方程（ReynoldsAverageNavier-Stokes，簡稱RANS方程）進行封閉。
首要，SST模型是依據Wilcoκ-ω模型。因為Wilcoxκ-ω模型對來流過于敏感，進口處ω的
設定關于成果的影響非常大。為了處理這個問題，對κ-ω模型進行了變形。
BDLκ-ω模型不能精確猜測流體從滑潤外表別離的開始點和量，還有渦粘性。SST模型考慮湍流剪切應力的傳遞，在逆壓梯度下精確猜測流體從滑潤外表別離的開始點和量，能夠更好地得到渦粘性傳遞狀況。
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圖3三維湍流模型數值模仿辦法
4岸橋風洞的數值模仿成果及剖析
本文模仿核算都在CPU為Intel(R)CPUE5-2670v2@2.5GHz2.5GHz(6處理器)，裝置內存為100GB的渠道上運行，AnsysFluent運算迭代2000步，約300+步成果收斂，一共花費12h。
數值模仿過程如下：
1)將ICEM-CFD生成的網格文件，導入AnsysFluent；
2)設置單位，與建模單位一致；
3)參考文獻[11]，挑選依據壓力的求解器（別離式求解器），時刻為穩態模型。壓力速度耦合辦法挑選Simple壓力修正算法[6]，各個相關方程的離散格局都選用2階頂風格局。
4)湍流模型中挑選SST高雷諾數模型；
5)鴻溝層條件設置。
岸橋正前方的端面為進口鴻溝Velocityinlet，給定風速為20m/s，能夠依據文獻[7]求得，湍流比例5%和湍流耗散度1.5；岸橋正后方的斷面為壓力出口鴻溝pressure_outlet；地面、兩邊壁面、頂面以及岸橋外表為壁面wall。
AnsysFluent輸出風壓散布成果(見圖4)，岸橋氣動阻力值為13.48N（見圖5），也便是1.376kg。因為是1:100建模，換算成1:1比例，風載荷阻力值為13760kg，與按照F.E.M靜態法得到的風載荷相差無幾。而且經過多次、多個項目的實踐，得到同樣的定論。由此證明，本文的岸橋風洞的數值模仿能夠為岸橋規劃供給指導。
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圖4岸橋風壓散布
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圖5岸橋氣動阻力
5定論
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參考文獻
[1]賈志浩,付衛東.湍流模型在轎車流場仿真中的應用[J].我國科技信息，2012(22):49,50.
[2]吳軍，鐘志華，谷正氣.轎車外流通數值仿真的進一步研討[J].機械工程學報，2003，39（9）：110-113.
[3]玄兆燕,張泰寧.小型垂直軸風力機翼型氣動性能的數值模仿[J]流體機械201，45(3):47-51.
[4]紀兵兵,陳金瓶.ANSYSICEMCFD網格區分技術實例詳解[M].北京：我國水利水電出版社,2012(1).
[5]F.E.M標準歐洲起重機機械規劃規范[S].
[6]張海峰.依據Fluent的電動轎車車身氣動造型優化規劃研討[D].揚州：揚州大學，2012.
[7]何文凱.高層雙塔雜亂體型建筑環境特性數值模仿研討[D].杭州:浙江工業大學，2015.
[8]唐家鵬.Fluent16.0超級學習手冊[M].北京:人民郵電出版社，2016.
“星盛號”臺車下井
最大的盾構機自然也需求最牢靠的吊裝，2021年1月1日，“星盛號”臺車下井。2月21日，刀盤順利吊裝下井，這是盾構機裝置中難度最高的一項工序，而完結這一重任的便是中聯重科兩臺大型履帶起重機。吊裝進程中，翻身、直立、下井，一系列動作行云流水，中聯重科履帶起重機精準、平穩、高效的作業贏得了廣泛稱譽。
湖南省重點工程湘雅路過江通道工程
湖南省重點工程湘雅路過江通道工程
湘雅路過江通道工程作為湖南省重點工程、長沙十大根底設施項目之一，估計2023年建成通車。到時將處理長沙中心城區過江交通“瓶頸”問題，極大地緩解銀盆嶺大橋和營盤路隧道過江壓力，完成聯線成網、內外通暢的方針。
（來源于中聯重科起重機）
