Vooronderzoek schroefstraal Op een talud met breuksteen: Stroomsnelheden en steenstabiliteit

Vooronderzoek schroefstraal Op een talud met breuksteen: Stroomsnelheden en steenstabiliteit

Van Veldhoven, V.J.C.G.L.

Ligteringen, H. (mentor)
Geense, M. (mentor)
Fontijn, H. (mentor)
D' Angremond, K. (mentor)

Civil Engineering and Geosciences

Hydraulic Engineering

2002-01-01

Als een schip dat naast een kade ligt op eigen kracht wegvaart, dan maakt het gebruik van zijn boeg- en hoofdschroef. Achter een draaiende schroef ontstaat een waterstraal. Achter een boegschroef ontstaat een waterstraalloodrecht vanaf het schip gericht. Deze waterstraal zal bij de afvaartmanoeuvre de kade raken. Indien de kade uit een kademuur bestaat, zal de straal de kademuur raken en alzijdig verspreiden. Een deel van de straal zal de bodem raken en hier voor een belasting op de bodembescherming zorgen. Als de kade uit een dek op palen bestaat zal de schroefstraal direct het talud onder het dek raken. Er is dus een bescherming op het talud nodig. Er wordt in dit onderzoek slechts gekeken naar de straal door de boegschroef die een talud raakt waarop een bescherming van breuksteen is aangebracht. Om de bescherming op het talud te kunnen berekenen zijn de stroomsnelheden in de schroefstraal ter plaatse van het talud nodig. Deze snelheden kunnen met behulp van de Nederlandse methode worden berekend. Deze methode is echter beperkt gebaseerd op metingen. Met behulp van een stabiliteitsformule en de stroomsnelheden kan dan een minimale steendiameter worden berekend. In het verleden is bij onderzoek naar de stabiliteit van stenen onder invloed van een schroefstraal deze straal in een fysisch model enkele malen gemodelleerd door een simpele waterstraal. Het is niet bekend of dit geoorloofd is. Het doel van dit onderzoek is: 1. het bepalen welke straal mag worden gebruikt om een boegschroefstraal te modelleren, 2. aan de hand van de metingen een uitspraak doen over de thans in gebruik zijnde berekeningsmethodes. Deze doelstellingen werden bereikt door het uitvoeren van modelproeven in het Laboratorium voor Vloeistofmechanica van de Faculteit Civiele Techniek van de Technische Universiteit Delft. Eerst zijn proeven uitgevoerd met een boegschroefstraal. Hiervoor is in het model gebruik gemaakt van een schroef die in een korte tunnel was geplaatst. Deze schroef werd aangedreven door een motortje waarvan het toerental te regelen was. Voor de proeven met de jet is water door dezelfde tunnel als waar de schroef in zat gepompt. De proeven zijn uitgevoerd in een bak waarin een talud met kleine steentjes was aangebracht. Er zijn stabiliteitsmetingen uitgevoerd om de relatie tussen het aantal verplaatste steentjes op het talud en de stroomsnelheid in de uitstroomopening, de initiele stroomsnelheid, te vinden. Hieruit bleek dat, als de initiele stroomsnelheid gelijk wordt gehouden, er meer steentjes verplaatsten onder belasting van de boegschroefstraal dan van de jet. Er zijn ook snelheidsmetingen uitgevoerd om inzicht te krijgen in het verloop van de stroomsnelheden in de twee stralen. Uit de snelheidsmetingen bleek dat de stroomsnelheid verder achter de schroef in de boegschroefstraal sneller afneemt dan de jet. Dus bij een gelijke initiele stroomsnelheid veroorzaakt de boegschroefstraal waarschijnlijk een lagere stroomsne1heid op het talud, maar verplaatst meer steentjes. Daarnaast is de verspreiding van de boegschroefstraal groter dan van de jet. Er is een rekenmodel gebruikt, waarmee de stroomsnelheden in een waterstraal te berekenen zijn. De constanten voor dit rekenmodel zijn aan de hand van de gemeten stroomsnelheden voor de twee stralen bepaald. Vervolgens kon met behulp van dit rekenmode1 en 'de Nederlandse methode' een maximale stroomsnelheid ter plaatse van het talud door de boegschroefstraal en de jet worden berekend. Uit de relaties van het aantal verplaatste steentjes en de maximale berekende stroomsnelheid op het talud bleek het verschil tussen de boegschroefstraal en de jet nog groter. Door gelijke maximale berekende stroomsnelheid op het talud verplaatsten veel meer steentjes bij een boegschroefstraal dan bij een jet. Omdat het aantal verplaatste steentjes niet gelijk is bij een gelijke stroomsnelheid van de boegschroefstraal en de jet, kan worden geconc1udeerd dat de jet met mag worden gebruikt om een boegschroefstraal te modelleren. De diameter van de steentjes die zijn gebruikt in de proefopstelling was bepaald met behulp van de thans in gebruik zijnde berekeningsmethodes en een bepaalde kritieke stroomsnelheid ter plaatse van het talud. Bij de metingen bleek echter dat de steentjes bij een veellagere stroomsnelheid gingen bewegen dan deze kritieke stroomsnelheid. Hieruit kan worden geconc1udeerd dat deze methodes niet volledig juist zijn. Hierbij gaat het met name om de Nederlandse methode en om de stabiliteitsformule. Om te kunnen verklaren waarom er door de boegschroefstraal meer steentjes verplaatsten dan door de jet, is een analyse uitgevoerd voor een aantal aspecten die invloed hebben op de berekening van de steengrootte. Alhoewel het niet uit de huidige metingen bleek, is er een groot verschil in turbulentie tussen de boegschroefstraal en de jet. Dit is waarschijnlijk voor een groot deel verantwoordelijk voor het verschil in stabiliteit. Daarnaast is de verschillende invloed die de helling van het talud op de stabiliteit heeft bij de beide stralen belangrijk.

bow truster
propeller
stone stability

http://resolver.tudelft.nl/uuid:e1531aad-8d02-4201-94e9-3dd70171a45e

Student theses

master thesis

(c) 2002 Van Veldhoven, V.J.C.G.L.