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折板型竖井结构设计参数优化 被引量:5
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作者 杨庆华 尧远 +4 位作者 杨乾 赵子成 林宏 牟祎 姚锦涛 《长江科学院院报》 CSCD 北大核心 2020年第12期72-80,共9页
折板型竖井是城市深隧排水系统中一种消能效果明显的水工结构,竖井的结构参数对其泄流量和消能率有重要影响。通过开展物理模型试验和基于Realizable k-ε湍流模型和VOF法的数值模拟,分析不同折板间距和折板倾角的竖井水流流型、最大泄... 折板型竖井是城市深隧排水系统中一种消能效果明显的水工结构,竖井的结构参数对其泄流量和消能率有重要影响。通过开展物理模型试验和基于Realizable k-ε湍流模型和VOF法的数值模拟,分析不同折板间距和折板倾角的竖井水流流型、最大泄流量、出口流速及消能率。研究结果表明:折板型竖井中基本水流流型有3种,分别为撞壁受限流、临界流和自由跌流;一定范围内增大折板倾角有利于水流流型从撞壁受限流向自由跌流转变,因此,在折板竖井设计中应使折板有适当的角度;竖井的最大泄流量随着折板间距和折板倾角的增大而增大,消能率随泄流量的增大而减小;从竖井的泄流能力和消能效果两方面考虑,当竖井直径为10 m时,折板间距4.85 m,折板倾角为9°-11°的竖井体型为最优。研究成果可为深隧排水系统的设计提供技术支撑。 展开更多
关键词 折板型竖井 试验 数值模拟 结构参数优化 深隧排水系统
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泄流过程中折板型竖井水气两相流动特性研究 被引量:6
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作者 杨乾 杨庆华 +3 位作者 赵子成 林宏 尧远 牟祎 《工程科学与技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第1期75-84,共10页
折板型竖井因具有适用性强、消能效果好等优点,被广泛应用于深隧排水系统中,为充分揭示泄流过程中折板型竖井内高速水气两相流动特性,开展了1∶25水力模型试验,并采用Realizable k-ε模型和水气两相流VOF法进行数值模拟,研究不同入流条... 折板型竖井因具有适用性强、消能效果好等优点,被广泛应用于深隧排水系统中,为充分揭示泄流过程中折板型竖井内高速水气两相流动特性,开展了1∶25水力模型试验,并采用Realizable k-ε模型和水气两相流VOF法进行数值模拟,研究不同入流条件下竖井内水气分布规律,阐明竖井湿区空穴区形成机理及干区气压变化过程,分析竖井壁面压强及折板水动力荷载分布。结果表明:竖井内“空穴区”的形成原因一方面是因为内部空气达到压缩极限而形成,另一方面是由于水流卷吸作用导致竖井湿区为负压而产生;大入流量时流速在竖井内呈现出“中部小、两头大”的分布规律,小入流量时流速沿竖井深度方向逐渐减小;当竖井盖板密封时,顶部压强介于-0.96~2.46 kPa之间,当盖板相对孔径大于0.105时竖井顶部压强基本为0;竖井壁面压强随着竖井高度的降低而增大,竖井上、中、下折板的壁面最大压强分别为42.25 kPa、21.5 kPa和16.75 kPa。研究结果对深隧排水系统折板型竖井设计理论与安全运营提供参考。 展开更多
关键词 深隧排水系统 折板型竖井 水力特性 数值模拟 物理模
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折板型竖井湍流耗散及消能机理分析 被引量:15
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作者 杨乾 杨庆华 《东南大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第3期471-481,共11页
为了研究泄流过程中折板型竖井的湍流耗散特性及消能机理,对9种不同体型的竖井开展水力模型试验与数值模拟,分析不同流量下竖井内湍动能、湍动能耗散率和水动力荷载分布规律,建立折板消能计算模型,探究竖井消能机理.结果表明:折板间距... 为了研究泄流过程中折板型竖井的湍流耗散特性及消能机理,对9种不同体型的竖井开展水力模型试验与数值模拟,分析不同流量下竖井内湍动能、湍动能耗散率和水动力荷载分布规律,建立折板消能计算模型,探究竖井消能机理.结果表明:折板间距过密或过疏均不利于竖井的泄流和消能,在设计流量下竖井内的流态为自由跌水流时,对应的最小折板间距为最优结构设计;10°折板倾角可提升竖井的消能效果,并减小折板上水动力荷载;建立的折板消能计算模型可较为准确地计算自由跌水流态下的消能率;竖井消能方式分为入口消能、折板消能和井底消能,不同流量下各种消能方式的能耗占比不同,小流量时以折板消能为主,随着流量的增加,入口消能和井底消能的能耗占比随之增大. 展开更多
关键词 折板型竖井 湍动能 湍动能耗散率 消能率 消能计算模 消能机理
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深隧排水折板型竖井泄流消能的试验研究 被引量:13
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作者 杨乾 杨庆华 +5 位作者 郑立宁 田强 刘永权 姚锦涛 牟祎 尧远 《西南交通大学学报》 EI CSCD 北大核心 2020年第6期1247-1256,共10页
针对深隧排水系统竖井泄流过程中高速气-水两相流动特性进行了水力模型试验研究,观测竖井内水流下泄过程中的型态,分析最大泄流量与折板间距的关系,计算不同工况下的竖井消能率,并揭示折板型竖井在泄流过程中的消能机理.试验结果表明:... 针对深隧排水系统竖井泄流过程中高速气-水两相流动特性进行了水力模型试验研究,观测竖井内水流下泄过程中的型态,分析最大泄流量与折板间距的关系,计算不同工况下的竖井消能率,并揭示折板型竖井在泄流过程中的消能机理.试验结果表明:竖井在泄流过程中存在3种水流型态:撞壁受限流、临界流和自由跌水流;泄流过程中水跃是水流在折板上消能的主要原因,水流流至井底与反向流体互相撞击破碎使竖井达到最终消能的目的;当竖井直径D=0.4 m、折板间距d介于16.02~24.56 cm时,竖井最大泄流量介于(8.7~14.7)×10−3 m3/s,且d与最大泄流量Qm存在线性关系;根据能量守恒定律推导出消能率公式,得到d=19.4 cm、倾角θ=10°时的竖井消能率为最优;竖井盖板开孔直径Ф对竖井顶部压强的影响较大,当Ф≥4 cm时,竖井顶部相对压强基本为0,并且具有一定倾角的折板有利于加速竖井的泄流过程;上、中、下折板冲击力(Fu、Fm、Fd)呈现Fu>Fm>Fd的分布规律,上、中、下折板最大面荷载分别为42.8、30.7、22.8 kN/m2.深隧排水折板型竖井最佳泄流量和最优消能率的试验研究成果对深隧竖井工程的设计与运行提供了一定参考价值. 展开更多
关键词 深隧排水 折板型竖井 泄流流 最大泄流量 消能机理
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气爆过程中折板型竖井水力特性试验研究 被引量:1
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作者 杨乾 杨庆华 +1 位作者 陈峰 牛丙坤 《西南交通大学学报》 EI CSCD 北大核心 2023年第5期1026-1036,共11页
为研究水深、进气压、进气量和干/湿区连通面积等参数与气爆产生机制之间的响应关系,首先,构建了1∶50水力模型试验系统,观测气爆喷射过程并分析竖井内压强变化规律;其次,通过气爆定义建立了竖井最大喷射高度预测模型及产生气爆临界条件... 为研究水深、进气压、进气量和干/湿区连通面积等参数与气爆产生机制之间的响应关系,首先,构建了1∶50水力模型试验系统,观测气爆喷射过程并分析竖井内压强变化规律;其次,通过气爆定义建立了竖井最大喷射高度预测模型及产生气爆临界条件;最后,对比分析了多种变量对竖井底部不同折板冲击荷载的影响.结果表明:气爆过程中折板型竖井内压强剧烈波动,一方面是由于高压气团的释放所导致,另一方面是因高速运动的水气混合物使得竖井内局部气压不平衡所形成;采用多元线性回归模型建立的经验公式可有效预测折板型竖井气爆最大喷射高度;结合不同变量与气爆强度之间响应关系提出的临界条件能够准确判断气爆是否发生;产生气爆时竖井底部折板的水冲击荷载除了与进气压、折板淹没状态、测点位置等因素有关以外,还与水气混合物喷射在折板底部时的随机性有关,气爆过程中折板下方最大水冲击荷载大于10倍正常泄流状态下折板表面的水动力荷载. 展开更多
关键词 折板型竖井 气爆 压强 喷射高度 冲击荷载
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折板倾角对深隧入流对称型折板式竖井水力特性影响研究
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作者 陈珺 梁培德 +1 位作者 曾睿 陆迎香 《中国农村水利水电》 北大核心 2025年第5期195-200,共6页
在全球气候变暖,城镇化率升高的背景下,极端暴雨对现有的城市排水系统带来了巨大的挑战。为应对城市内涝,深层隧道排水系统被越来越多的应用于大型城市中,而入流竖井是该排水系统重要的组成部分。为分析折板倾角对深隧入流对称型折板式... 在全球气候变暖,城镇化率升高的背景下,极端暴雨对现有的城市排水系统带来了巨大的挑战。为应对城市内涝,深层隧道排水系统被越来越多的应用于大型城市中,而入流竖井是该排水系统重要的组成部分。为分析折板倾角对深隧入流对称型折板式竖井水力特性的影响,基于Realizable k-ε模型和VOF方法建立了三维紊流数学模型,分别对折板倾角为0°、8°、10°和12°的竖井进行数值模拟,得到无量纲流量(Q^(*))为0.056~0.168时,竖井的水流流态、流速分布、压强分布和竖井消能率。结果表明,随着折板倾角的增大,水流流态呈现撞壁受限流-临界流-自由跌流的转变,折板间壅水高度减小,气体占比上升,泄流量增加;水流在折板间摆动幅度减小,掺混程度减弱,导致折板前缘水流流速增加。竖井壁面压强主要由静水压强和动水压强组成,静水压强是主要影响因素,随着倾角增加,压强随之减小。折板倾角对竖井消能率的影响随流量发生变化,大流量泄流工况下竖井的消能率要低于小流量工况。小流量泄流时,水流直接跌落在折板上,消能率随折板倾角的增大而减小;大流量泄流时,水流直冲对侧井壁,消能效果降低,故折板倾角增加,消能率先增大后减小。研究成果可为深隧工程中的竖井折板倾角的设计提供参考。 展开更多
关键词 对称折板竖井 折板倾角 数值模拟 水力特性 消能率
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气爆危害对深隧竖井折板荷载的影响分析 被引量:1
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作者 杨庆华 陈峰 +1 位作者 杨乾 牛丙坤 《安全与环境学报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第4期1123-1129,共7页
深层隧道排水系统中的气爆危害将使竖井折板承受巨大的反向冲击荷载,严重威胁结构安全。为研究其荷载变化趋势,开展了长度比尺为1∶50的气爆模型水力试验,分析进气压、进气量、初始水深和联络管接入方式等关键因素的取值变化对冲击荷载... 深层隧道排水系统中的气爆危害将使竖井折板承受巨大的反向冲击荷载,严重威胁结构安全。为研究其荷载变化趋势,开展了长度比尺为1∶50的气爆模型水力试验,分析进气压、进气量、初始水深和联络管接入方式等关键因素的取值变化对冲击荷载的影响。结果表明:气爆对折板的反向冲击荷载可达正向水动力荷载的20倍以上且与进气压和进气量均呈正相关;当竖井内自由液面“紧邻”折板且联络管接入干区时,折板将大概率承受较大的冲击荷载。在试验研究基础上,分别拟合出了联络管接入湿区和干区时的最大冲击荷载预测式。研究成果可为折板型竖井正常安全运行以及结构设计优化提供技术支撑和理论指导。 展开更多
关键词 安全工程 深层隧道排水系统 气爆危害 折板型竖井 冲击荷载 试验 气液两相流
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