泄流过程中折板型竖井水气两相流动特性研究

摘要

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。