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Air entrainment in a vertical dropshaft with limited air supply 被引量:2
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作者 Qiang Ding Yiyi Ma David Z.Zhu 《Theoretical & Applied Mechanics Letters》 CAS CSCD 2018年第5期315-319,362,共6页
Dropshafts are vertical structures widely used in urban drainage systems and buildings for water transportation.In this paper,a physical model study was conducted to investigate the air entrainment in the dropshaft un... Dropshafts are vertical structures widely used in urban drainage systems and buildings for water transportation.In this paper,a physical model study was conducted to investigate the air entrainment in the dropshaft under various flow regimes with and without air ventilation.Observed from the experiments,the air entrainment mechanisms varied with the water flow regimes in the dropshaft.When there was no water plug formed in the dropshaft,air could be supplied directly from downstream.Once the water plug was formed,while without venting,the air was replenished only from downstream intermittently and then in the form of large air bubble traveling upwards to the airspace at the top;while with venting,air was mainly replenished from the dropshaft top and no large air bubble was observed.The experimental results also showed that the amount of entrained air in the dropshaft with venting was greater than that without venting. 展开更多
关键词 AIR ENTRAINMENT AIR supply BUBBLE Flow REGIME dropshaft
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Influences of flow rate and baffle spacing on hydraulic characteristics of a novel baffle dropshaft 被引量:1
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作者 Xi-chen Wang Jian Zhang +3 位作者 Zong-fu Fu Hui Xu Ting-yu Xu Chen-lu Zhou 《Water Science and Engineering》 EI CAS CSCD 2020年第3期233-242,共10页
Due to limited flow capacity and the instability of the asymmetric structure of traditional baffle dropshafts,a novel baffle dropshaft with a symmetric structure,adopting the construction shield well directly,is propo... Due to limited flow capacity and the instability of the asymmetric structure of traditional baffle dropshafts,a novel baffle dropshaft with a symmetric structure,adopting the construction shield well directly,is proposed for large-range flow discharge in deep tunnel drainage systems.In this study,a two-phase flow field of the novel baffle dropshaft with three different baffle spacings was simulated at seven different flow rates with a three-dimensional(3D)numerical model verified with experiments,to study hydraulic characteristics of this novel baffle dropshaft.The results show that the novel baffle dropshaft has a remarkable energy dissipation effect.Baffle spacing of the novel baffle dropshaft has a greater effect on flow patterns and baffle pressure distributions than the comprehensive energy dissipation rate.Flow rate is a critical issue for the selection of baffle spacing in the design.Some guidance on baffle spacing selection and structure optimization for the application of this novel baffle dropshaft in deep tunnel drainage systems is proposed. 展开更多
关键词 Deep tunnel drainage system Baffle dropshaft CFD Experimental study Two-phase flow field
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Hydraulic characteristics of stepped spillway dropshafts 被引量:4
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作者 SHEN JieYi WU JianHua MA Fei 《Science China(Technological Sciences)》 SCIE EI CAS CSCD 2019年第5期868-874,共7页
Nowadays, "Sponge Cities" are being built to provide a valid solution to the glaring drainage problems in the urban areas of China. The hydraulics of a dropshaft, especially discharge capacity, energy dissip... Nowadays, "Sponge Cities" are being built to provide a valid solution to the glaring drainage problems in the urban areas of China. The hydraulics of a dropshaft, especially discharge capacity, energy dissipation and cavitation damage control, evidently affect its safety and the city's underground tunnel system, due to the high dropshaft and large discharge. The hydraulic characteristics of stepped spillway dropshafts are experimentally investigated for the variable step rotation angles and end sill heights. Flow regimes inside the dropshafts are classified under the different approach flow discharges. The results illustrate that there is high energy dissipation in the present dropshafts with the stepped spillway and the cavitation damage could be effectively avoided thanks to the effect of the air entrainment to the flow. 展开更多
关键词 dropshaft end SILL HEIGHT HYDRAULIC characteristics step ROTATION angle stepped SPILLWAY
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Standing wave at dropshaft inlets 被引量:3
4
作者 吴建华 任炜辰 马飞 《Journal of Hydrodynamics》 SCIE EI CSCD 2017年第3期524-527,共4页
Standing waves occur frequently at the inlet due to the change of the flow direction from an approach channel to the dropshaft.The performance of the standing wave,characterized by the relative height,the location and... Standing waves occur frequently at the inlet due to the change of the flow direction from an approach channel to the dropshaft.The performance of the standing wave,characterized by the relative height,the location and the extent,is theoretically and experimentally investigated in the present paper.It is shown that the height of the standing wave decreases with the increases of the approach flow Froude number and the sub-channel number in the inlet,but increases with the increase of the curvature of the dropshaft.The errors of the expressions for the relative height,the location and the extent of the standing wave,are 9.7%,7.8%and 13.1%,respectively,as compared with the experimental data. 展开更多
关键词 dropshaft height location extent standing wave
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大旋转角阶梯泄水道竖井水力特性研究 被引量:6
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作者 吴建华 杨涛 +2 位作者 沈洁艺 任炜辰 马飞 《水动力学研究与进展(A辑)》 CSCD 北大核心 2018年第2期176-180,共5页
针对现代城市深层隧道雨水排水系统中,竖井的高落差和大泄量等特点,该文提出了一种大转角阶梯泄水道竖井结构型式。采用物理模型试验,详细研究了其主要水力特性,包括:流态、时均动水压力、消能和掺气特性等。结果表明:对于一定的阶梯高... 针对现代城市深层隧道雨水排水系统中,竖井的高落差和大泄量等特点,该文提出了一种大转角阶梯泄水道竖井结构型式。采用物理模型试验,详细研究了其主要水力特性,包括:流态、时均动水压力、消能和掺气特性等。结果表明:对于一定的阶梯高度,大旋转角阶梯面的设置,可以形成跌落和水跃的流态,其联合作用产生高效的消能效果。沿流动方向,沿程时均动水压力较低;在径向上,由于离心力作用,至壁面压力逐步上升有利于避免空化的发生。跌落和水跃两种流态的组合作用有效地减小流动的总能量,降低流动的速度,同时,泄水道上流动的良好掺气,两者最终可以有效地减免空化空蚀的风险。 展开更多
关键词 大旋转角 阶梯泄水道 竖井 水力特性
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深层隧道排水系统中井隧水力学特性研究 被引量:13
6
作者 安瑞冬 游景皓 +2 位作者 廖磊 孟文康 李嘉 《水利学报》 EI CSCD 北大核心 2021年第12期1498-1507,共10页
深层隧道排水系统(深隧)是布置于深层地下的大型排水工程,一般由调蓄隧道、入流竖井、通风设施(排气井)及排水泵站组成,具有调蓄雨洪及控制溢流污染的作用。其中调蓄隧道为避开地铁等城市地下工程往往布置于距离地面30~60 m深处,入流竖... 深层隧道排水系统(深隧)是布置于深层地下的大型排水工程,一般由调蓄隧道、入流竖井、通风设施(排气井)及排水泵站组成,具有调蓄雨洪及控制溢流污染的作用。其中调蓄隧道为避开地铁等城市地下工程往往布置于距离地面30~60 m深处,入流竖井连接地表浅层管网和深层隧道。深隧系统竖井内部的水力学特性复杂,具有单宽流量大、落差高及大量掺气等特点,处理不当将造成较大的破坏。而极端降雨期间,由于未能充分排气而产生的间歇喷涌,也会对设施造成损害。本研究采用物理模型试验和水-气两相流数学模型CLSVOF(Coupling Level Set and Volume Of Fluid),研究了不同结构竖井(旋流式竖井和螺旋阶梯式竖井)水力学特性和调蓄隧道中的间歇喷涌问题。根据施工条件设计的两种竖井方案的消能率接近,旋流竖井存在负压及较大震动、排气不畅,而螺旋阶梯式竖井流速较低且流态稳定。在对调蓄隧道中"间歇喷涌"的数值模拟研究中,排气井管径对间歇喷涌的影响十分显著,模拟情景中最剧烈的喷涌会产生5.35倍初始状态下的测压管水头和38.2 m/s的喷涌速度。 展开更多
关键词 深隧 竖井 调蓄隧道 水力学特性 间歇喷涌 CLSVOF模型
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跌流竖井循环气流系统中水平管道临界位置及影响因素研究 被引量:1
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作者 魏佳芳 芦三强 +1 位作者 张源 南军虎 《水电能源科学》 北大核心 2022年第10期127-130,114,共5页
竖井、气流井和水平管道组成的循环气流系统能有效降低下游排污管道中的气压,防止管道内的臭气逸散。水平管道作为搭接竖井与气流井的桥梁,其位置决定着系统中循环气流是否存在。为了确定系统中循环气流的形成与水平管道位置的关系,采... 竖井、气流井和水平管道组成的循环气流系统能有效降低下游排污管道中的气压,防止管道内的臭气逸散。水平管道作为搭接竖井与气流井的桥梁,其位置决定着系统中循环气流是否存在。为了确定系统中循环气流的形成与水平管道位置的关系,采用理论计算的方法研究了系统内形成循环气流时水平管道的临界位置,以及气流井直径对水平管道临界位置的影响。结果表明,对于水流跌落高度为7.72 m的竖井,系统中形成循环气流时水平管道的临界位置Z为5.83 m,当水平管道设置在临界位置以上的任一位置时系统内都能形成内循环气流,这与模型试验所测结果一致。此外,水平管道临界位置随气流井直径增大而降低,直至气流井直径增大到0.5D时趋于稳定。 展开更多
关键词 跌流竖井 理论模型 水平管道 循环气流 临界位置 气流井直径
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跌流竖井内循环气流流通的临界位置理论建模和计算
8
作者 魏佳芳 芦三强 +3 位作者 赵文举 南军虎 龙丽丽 曾永亮 《兰州理工大学学报》 CAS 北大核心 2023年第1期55-60,F0003,共7页
在跌流竖井中设置内循环气流系统能够有效减缓下游排水管道被加压和气体聚集的状况.为了确定内循环气流系统中气体能够形成流通回路的临界位置,采用理论模型计算的方法研究了带有内循环气流系统的跌流竖井内湿管和气管的气压分布.结果表... 在跌流竖井中设置内循环气流系统能够有效减缓下游排水管道被加压和气体聚集的状况.为了确定内循环气流系统中气体能够形成流通回路的临界位置,采用理论模型计算的方法研究了带有内循环气流系统的跌流竖井内湿管和气管的气压分布.结果表明:只有当气体循环路径在高于临界气压所对应的临界位置时,该内循环气流系统才能够发挥作用;理论计算所得湿管和气管的气压分布与模型实验所测得的数据相吻合;对于跌落高度为7.72 m的跌流式竖井,临界位置的范围为0.65~0.84倍跌流高度,且流量越大临界位置越靠近竖井底部. 展开更多
关键词 跌流竖井 理论模型 内循环气流 气压临界值 临界位置
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多级侧坎式螺旋泄水道竖井水力特性研究
9
作者 尤磊 马飞 +2 位作者 吴建华 丁志屿 牟世奇 《水动力学研究与进展(A辑)》 CSCD 北大核心 2024年第1期22-27,共6页
针对螺旋滑道式竖井入流条件要求低、排气稳定但消能不足的特点,该文提出了一种多级侧坎式螺旋泄水道竖井,即在竖井螺旋泄水道外壁沿程设置多级侧坎以达到消能效果。试验中可以观察到:在螺旋泄水道水流流动时,部分水流受侧坎作用形成折... 针对螺旋滑道式竖井入流条件要求低、排气稳定但消能不足的特点,该文提出了一种多级侧坎式螺旋泄水道竖井,即在竖井螺旋泄水道外壁沿程设置多级侧坎以达到消能效果。试验中可以观察到:在螺旋泄水道水流流动时,部分水流受侧坎作用形成折射水流,折向泄水道内侧,部分水流未受侧坎影响,在离心力作用下发展为贴壁流动;两股水流在侧坎后交汇,交汇处产生了强烈的紊动剪切,降低了水流动能。结果表明,侧坎螺旋滑道式竖井的消能率与螺旋阶梯式竖井的消能率相近,与传统螺旋滑道式竖井相比,其消能率可提高20%~30%。此外,还试验研究了不同侧坎宽度下的竖井水力特性,包括流态、压强、消能和水面线等,总结了侧坎宽度对竖井流动的影响规律。 展开更多
关键词 城市深层雨洪水集蓄隧道 螺旋滑道式竖井 侧坎 消能 水面线
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跌流竖井结构优化及其气压特性数值模拟 被引量:3
10
作者 芦三强 乔时雨 《水利水电科技进展》 CSCD 北大核心 2023年第6期24-29,43,共7页
针对入流水舌引起的跌流竖井内负压过大问题,对前人研究中的原始竖井模型进行了结构优化设计。采用可实现的k-ε湍流模型以及VOF两相流模型研究了不同入流量下原始竖井模型和优化竖井模型中的流态分布规律及气压分布情况,建立了可用于... 针对入流水舌引起的跌流竖井内负压过大问题,对前人研究中的原始竖井模型进行了结构优化设计。采用可实现的k-ε湍流模型以及VOF两相流模型研究了不同入流量下原始竖井模型和优化竖井模型中的流态分布规律及气压分布情况,建立了可用于确定优化竖井模型中通气管道底部安装高程的水舌撞击模型,探讨了通气管道相对进水管的位置对优化模型中气压分布的影响。结果表明:进水管附近的跌落水舌束窄了井内气体的正常流通通道,水舌上方形成了大面积气体回流区,水舌下方补气不足,进水管附近负压突增现象明显;建立的水舌撞击模型能够较准确地预测出水舌末端的撞击点位置,最大误差不超过10%;得到的通气管道底部安装高程为2.31 m,顶部高程略高于进水管上壁面;相比原始竖井模型,优化竖井模型能够使负压突增区的压差降低70%以上,并且当通气管道与进水管水平中心延长线之间的夹角为30°时,优化竖井模型所发挥的效果最好。 展开更多
关键词 跌流竖井 水舌 水气两相流 结构优化 气压分布 数值模拟
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跌流竖井入流水舌处内嵌圆弧板的结构优化数值研究
11
作者 魏佳芳 张源 +2 位作者 芦三强 黄盈盈 南军虎 《水电能源科学》 北大核心 2024年第4期80-84,共5页
跌流竖井是排水系统中结构简单且应用广泛的排水基础设施之一,但该结构入流水舌处的水气两相作用剧烈、流态复杂,且在该处常常出现竖井内的最大负压,也就容易从外界大量吸气造成下游管道臭气逸散、井喷或爆管等问题。为此,提出在竖井水... 跌流竖井是排水系统中结构简单且应用广泛的排水基础设施之一,但该结构入流水舌处的水气两相作用剧烈、流态复杂,且在该处常常出现竖井内的最大负压,也就容易从外界大量吸气造成下游管道臭气逸散、井喷或爆管等问题。为此,提出在竖井水舌处设置内嵌圆弧板的结构优化方法,从而有效改善入流水舌流态,降低竖井内气压值和梯度变化,并减缓竖井从外界的吸气程度。在此基础上,采用Fluent三维数值模拟手段,对比分析了结构优化前后的流态、气压梯度、流速及水气分布等特性。结果表明,经过优化后的竖井模型改变了入流水舌处的液体流态,水流入射角度减小,水流撞击点的位置降低,竖井水舌处的负压值明显降低,垂直管内的整体压力梯度变化幅值减弱,从外界卷吸的气量也大幅度减小。可见所设计的新型竖井结构优化方法对跌流竖井入流水舌问题有较好的改善作用,同时也为排污管道竖井设计及优化提供一定的参考。 展开更多
关键词 跌流竖井 入流水舌 内嵌圆弧板 流态改善 数值模拟
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跌流竖井进水管附近负压突增现象的机理解析及结构优化
12
作者 芦三强 魏佳芳 《环境工程》 CAS CSCD 2024年第2期97-103,共7页
为明晰跌流竖井进水管附近负压突增的机理以及降低竖井内的负压,基于计算流体动力学软件Fluent模拟了竖井模型内的水气两相分布规律及气压分布情况,同时对竖井模型进行了结构优化并评估了其性能。结果表明:当无量纲流量Q_(w)^(*)>0.0... 为明晰跌流竖井进水管附近负压突增的机理以及降低竖井内的负压,基于计算流体动力学软件Fluent模拟了竖井模型内的水气两相分布规律及气压分布情况,同时对竖井模型进行了结构优化并评估了其性能。结果表明:当无量纲流量Q_(w)^(*)>0.08时,进水管附近的负压开始突增,而小流量下基本无变化;入流水舌是导致负压突增的主要原因,其压缩了气体流动的空间,增大了气体过流时的损失,造成水舌下方补气不足。研究还表明:优化竖井模型通过有旋分流隔板在进水口正对面形成了1个不过水的空腔区域,其强制扩大了气体过流的空间,基本保证了进水管附近气体的流动不受水流的影响,同时还降低了井内的负压和气压梯度。 展开更多
关键词 跌流竖井 水气两相流 数值模拟 水舌 结构优化
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跌落射流冲击竖井底部水池实验研究
13
作者 刘虹 刘甲春 《宁波大学学报(理工版)》 CAS 2023年第3期72-78,共7页
在跌落式城市排水竖井中,水流跌落一定距离后,通常携带着大量能量.当它冲击竖井底部时,会产生明显压力脉动,对竖井结构安全产生风险.本文建立排水竖井物理实验模型,研究跌落射流对竖井底部消能池的冲击作用,分析竖井底部的压力脉动与分... 在跌落式城市排水竖井中,水流跌落一定距离后,通常携带着大量能量.当它冲击竖井底部时,会产生明显压力脉动,对竖井结构安全产生风险.本文建立排水竖井物理实验模型,研究跌落射流对竖井底部消能池的冲击作用,分析竖井底部的压力脉动与分布以及竖井跌落高度和底部水池深度对冲击压力的影响.结果表明:水平射流冲击竖井井壁后,分为沿竖井壁向下的环形流和自由落体的射流.当跌落水流流量较小时,竖井底部高压区域集中在靠近下游管道一侧;随着流量逐渐增加,环形流面积持续增大,高压区域逐渐由下游侧向上游侧过渡.增加下游管道水深可有效降低竖井底部的平均冲击压力,增加水垫层深度可有效降低竖井底部冲击压力脉动.当水流在竖井中达到最终速度后,继续增加竖井跌落高度将不会产生更大冲击压力. 展开更多
关键词 跌落式竖井 冲击压力 水垫层 跌落高度 最终速度
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THEORETICAL AND EXPERIMENTAL STUDIES OF HYDRAULIC CHARACTERISTICS OF DISCHARGE TUNNEL WITH VORTEX DROP 被引量:17
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作者 CHEN Hua-yong XU Wei-lin DENG Jun NIU Zhi-pan LIU Shan-jun WANG Wei 《Journal of Hydrodynamics》 SCIE EI CSCD 2010年第4期582-589,共8页
The velocities at given points in the volute chamber,the contracted section and the vertical dropshaft of a discharge tunnel with vortex drop were measured by a small specially designed L-shaped tube,as Laser Doppler ... The velocities at given points in the volute chamber,the contracted section and the vertical dropshaft of a discharge tunnel with vortex drop were measured by a small specially designed L-shaped tube,as Laser Doppler Velocimetry(LDV) or Particle Image Velocimetry(PIV) would not work there due to the special structure of the discharge tunnel with vortex drop.Hydraulic empirical formulas were proposed to predict the velocities and the angles of the velocities made with the vertical direction θ.The theoretical analysis results were in good agreement with experimental data.Therefore,the method proposed in this paper can be used to analyze related characteristics of discharge tunnels with vortex drop.Additionally,different model scales were considered to predict the cavitation characteristics on the wall of a dropshaft in practical engineering. 展开更多
关键词 discharge tunnel with vortex drop dropshaft VELOCITY wall pressure CAVITATION
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