• ISSN 0258-2724
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深隧排水折板型竖井泄流消能的试验研究

杨乾 杨庆华 郑立宁 田强 刘永权 姚锦涛 牟祎 尧远

杨乾, 杨庆华, 郑立宁, 田强, 刘永权, 姚锦涛, 牟祎, 尧远. 深隧排水折板型竖井泄流消能的试验研究[J]. 西南交通大学学报, 2020, 55(6): 1247-1256. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20190324
引用本文: 杨乾, 杨庆华, 郑立宁, 田强, 刘永权, 姚锦涛, 牟祎, 尧远. 深隧排水折板型竖井泄流消能的试验研究[J]. 西南交通大学学报, 2020, 55(6): 1247-1256. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20190324
YANG Qian, YANG Qinghua, ZHENG Lining, TIAN Qiang, LIU Yongquan, YAO Jintao, MU Yi, YAO Yuan. Experimental Study on Discharge and Energy Dissipation of Baffle-Drop Shaft in Deep Tunnel Drainage System[J]. Journal of Southwest Jiaotong University, 2020, 55(6): 1247-1256. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20190324
Citation: YANG Qian, YANG Qinghua, ZHENG Lining, TIAN Qiang, LIU Yongquan, YAO Jintao, MU Yi, YAO Yuan. Experimental Study on Discharge and Energy Dissipation of Baffle-Drop Shaft in Deep Tunnel Drainage System[J]. Journal of Southwest Jiaotong University, 2020, 55(6): 1247-1256. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20190324

深隧排水折板型竖井泄流消能的试验研究

doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20190324
基金项目: 国家自然科学基金(51478403),四川省科技计划项目(2017SZ0043)
详细信息
    作者简介:

    杨乾(1990—),男,博士研究生,研究方向为海绵城市建设及市政流体力学,E-mail:yangqian-swjtu@foxmail.com

    通讯作者:

    杨庆华(1976—),男,副教授,研究方向为海绵城市建设及市政流体力学,E-mail:qhyang@home.swjtu.edu.cn

  • 中图分类号: TU992.1

Experimental Study on Discharge and Energy Dissipation of Baffle-Drop Shaft in Deep Tunnel Drainage System

  • 摘要: 针对深隧排水系统竖井泄流过程中高速气-水两相流动特性进行了水力模型试验研究,观测竖井内水流下泄过程中的型态,分析最大泄流量与折板间距的关系,计算不同工况下的竖井消能率,并揭示折板型竖井在泄流过程中的消能机理. 试验结果表明:竖井在泄流过程中存在3种水流型态:撞壁受限流、临界流和自由跌水流;泄流过程中水跃是水流在折板上消能的主要原因,水流流至井底与反向流体互相撞击破碎使竖井达到最终消能的目的;当竖井直径D = 0.4 m、折板间距d介于16.02~24.56 cm时,竖井最大泄流量介于(8.7~14.7) × 10−3 m3/s,且d与最大泄流量Qm存在线性关系;根据能量守恒定律推导出消能率公式,得到d = 19.4 cm、倾角θ = 10° 时的竖井消能率为最优;竖井盖板开孔直径 Ф 对竖井顶部压强的影响较大,当 Ф ≥ 4 cm时,竖井顶部相对压强基本为0,并且具有一定倾角的折板有利于加速竖井的泄流过程;上、中、下折板冲击力(FuFmFd)呈现Fu > Fm > Fd 的分布规律,上、中、下折板最大面荷载分别为42.8、30.7、22.8 kN/m2. 深隧排水折板型竖井最佳泄流量和最优消能率的试验研究成果对深隧竖井工程的设计与运行提供了一定参考价值.

     

  • 图 1  折板型竖井结构示意

    Figure 1.  Schematic of a baffle-drop shalft structure

    图 2  水力试验模型示意

    Figure 2.  The sketch of test model

    图 3  水力试验模型布置

    Figure 3.  View of test model

    图 4  入流量时程曲线

    Figure 4.  The time history curve of inflow

    图 5  泄水流型示意

    Figure 5.  The sketch of fluid state

    图 6  3 种水流流型实图

    Figure 6.  View of three kinds of fluid state

    图 7  竖井空穴区变化趋势

    Figure 7.  Trend of the change of drop shaft sparse area

    图 8  不同工况下竖井Qm

    Figure 8.  The maximum inflow of conditions drop shaft under different

    图 9  不同工况下Qmd拟合关系

    Figure 9.  Fitting curve of Qm and d under different conditions

    图 10  不同工况下折板竖井消能率

    Figure 10.  The energy dissipation rate of drop shaft under different conditions

    图 11  竖井顶部压强时程曲线

    Figure 11.  Pressure time history of drop shaft top

    图 12  Ф=0 cm工况竖井顶部压强最值

    Figure 12.  Pressure of drop shaft top at the condition of Ф=0 cm

    图 13  不同工况下折板冲击力时程曲线

    Figure 13.  Impact time history of baffle under different conditions

    表  1  试验采用的相似比尺

    Table  1.   Scale relations and ratios of model system

    名称比尺关系相似常数
    长度 λl 25.00
    时间 λt = λl0.5 5.00
    流速 λv = λl0.5 5.00
    流量 λQ = λl2.5 3 125.00
    λF = λρλl3 15 625.00
    压强 λP = λρλl 25.00
    糙率 λn = λl1/6 1.71
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    表  2  试验因素水平表

    Table  2.   Factors of the orthogonal test

    折板间距 d/cm折板倾角 θ/(°)Ф/cm
    16.0200
    2
    19.40104
    6
    24.56208
    10
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出版历程
  • 收稿日期:  2019-04-10
  • 修回日期:  2019-07-04
  • 网络出版日期:  2020-07-07
  • 刊出日期:  2020-12-15

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