倒虹吸充水过程水气两相流数值模拟研究

倒虹吸管的进口段、出口段以及部分依地形而建的陡坡段坡度通常较陡,在工程运行初期管内充水时会遇到高速水气两相流问题,给工程的安全运行带来隐患。通过三维水气两相流模型分析了引绰济辽引水工程的归流河倒虹吸充水过程的5个阶段:自由充水阶段、壅高阶段、封顶减速阶段、充满加速阶段和平稳阶段。结果表明:自由充水阶段虹吸管内空气流动畅通,水流为自由明流,在虹吸管进口段水流流速较高;壅高阶段水流仍为明流,但流速总体上在减小;封顶减速阶段水流由明流向有压流过渡,是充水过程中流速最小阶段,同时亦是管内气团排出阶段,通气设施的布置对管内流态影响较大;充满加速阶段虹吸管内已过渡至有压流,由于上下游水位差不断增大,水流开始加速,逐渐过渡至正常运行状态(平稳阶段)。研究成果可为类似倒虹吸工程的设计和运行管理提供参考和借鉴。