内湿外干型折板式竖井泄流特性数值模拟

内湿外干型折板式竖井较传统折板式竖井具有明显优势。为分析内湿外干型折板式竖井的泄流特性,以某实际深层隧道调蓄系统竖井为背景,采用CFD商用软件,采用RNGκ-ε双方程紊流模型和Tru-VOF方法,数值模拟内湿外干型折板式竖井内的下泄水流,得到往复跌流、临界流、S型贴壁流三种流态。模拟结果表明,内湿外干型折板式竖井在不同泄流量下的综合消能率均大于90%,处于较高水平,竖井消能率在形成S型贴壁流态后下降较快,数值模拟结果与物理试验实测值吻合良好,CFD软件可对该类问题进行数值模拟。

折板式竖井折板间隔对水流水力特性影响分析

为研究折板间隔对折板式竖井内水流的水力特性影响,采用Realizable k-ε模型结合VOF模型对不同折板间隔的竖井进行数值计算。结果表明:折板间隔是竖井较为关键的影响因素;随着折板间隔的增大,折板上水流流态会从往复跌水流逐渐过渡为S型贴壁流,折板或壁面受到的冲击以及冲刷作用也会逐渐增大;无论折板上水流流态为往复跌水流,还是S型贴壁流,竖井消能率基本都在90%以上,受折板间隔影响较小。

新型对称折板式竖井水力特性

为提高传统折板式竖井的入流稳定性、结构对称性和空间利用率,构造出一种新型对称折板式竖井。利用Fluent的Realizable k-ε模型和VOF两相流模型,分别模拟了具有相同高度、直径及折板层数的传统折板式竖井和新型折板式竖井的水力特性,对比了进口水流流量为5.5 l/s-16.5 l/s时两种竖井的流态、流速、压强和消能率等。结果表明:新型折板式竖井具有较好的入流稳定性,最大下泄量高于传统折板式竖井;两种竖井在折板边缘处的流速随折板位置波动变化;新型折板式竖井所受壁面压强比传统折板式竖井小,且其底部压强分布更均匀;两种竖井消能率均随流量增大而减小,且新型折板式竖井的消能率相对更高。

用于深隧工程的折板式竖井湿室部分数值模拟研究

为研究不同工况下折板式竖井内的水力特性参数变化情况,分别采用RNG k-ε和Realizable k-ε模型对竖井湿室部分进行数值模拟;同时,结合实际工程,构建1 : 20物理模型,得到不同工况下的试验结果,将其与模拟结果进行对比分析。结果表明,两种模型都能得到较为合理的流场,但Realizable k-ε模型的计算结果与试验结果更为相符;竖井的总消能率可达到96%以上,消能效果较好,折板间能量的消耗主要依靠水垫层消能和紊动消能。

竖井消能工折板压强及脉动特性分析

为研究泄流过程中折板式竖井消能工水动力荷载作用,以某深隧排水工程竖井为研究对象,开展正态水力模型试验,研究恒定流与非恒定流条件下折板压强分布规律及脉动特性,分析折板间距和倾角对频谱特征影响。结果表明:上层折板承受时均压强为中层和下层折板1.5~3倍;恒定流条件下折板瞬时压强脉动幅值随入流量和折板间距增大而增大,随折板倾角增大而减小,功率谱密度优势频段为0~2.5 Hz;非恒定流条件下折板瞬时压强自上而下依次减小,功率谱密度优势频段介于0~4.0 Hz。研究结果可为竖井折板结构防振设计提供参考。