嵌入式可冲洗隧道排水管水力计算模型研究

为解决嵌入式可冲洗隧道排水管物理参数的设计问题,提升隧道排水系统的工作效率,在此应用场景上构建了一种水力计算模型。嵌入式可冲洗隧道排水管不同于“先堵塞,再疏通”的治理思路,其工作方式为定期接入高压水泵,泵送高压水进入冲洗管,在结晶物还未沉积牢固时通过冲洗管上的孔洞冲刷外部排水管壁,达到预防排水管堵塞的目的。基于此场景构建的嵌入式可冲洗隧道排水管水力计算模型,满足水头损失一致的假设,由修正后的伯努利方程、杨海涛水头损失公式和达西-维斯巴赫公式构建冲洗管相邻孔之间的冲洗速度迭代公式,由此计算出各冲洗孔冲洗速度的解析解。理论计算结果表明:冲洗孔水流速度随着沿程水头损失服从严格的速度衰减规律,验证了水力计算模型的合理性。并通过数值模拟分析得出:理论推导结果和数值试验计算结果基本符合一致,对比误差平均值为4.3%;理论推导结果和数值模拟计算结果在管道末尾时差距较大,主要原因是实际流体会在末端形成回流,改变管道内部流场变化,而解析解则是严格遵循沿程水头损失规律。最后,归纳不同工况所需水流的进口速度和进口流量规律:冲洗管进口速度随冲洗孔间距增大而减小,随冲洗孔直径增大而增大;冲洗管进口流量随冲洗孔间距增大而减小,随冲洗孔直径增大而增大。