折板倾角对深隧入流对称型折板式竖井水力特性影响研究

作     者：陈珺 梁培德 曾睿 陆迎香 

作者机构：河海大学水利水电学院 河海大学水利部水循环与水动力系统重点实验室 湘潭大学计算机学院 山东省调水工程运行维护中心 

出 版 物：《中国农村水利水电》 (China Rural Water and Hydropower)

年 卷 期：2025年

学科分类：08[工学] 0815[工学-水利工程] 

基　　金：国家重点研发计划(No.2021YFD1700802) 

主　　题：对称型折板式竖井 折板倾角 数值模拟 水力特性 消能率 

摘      要：在全球气候变暖，城镇化率升高的背景下，极端暴雨对现有的城市排水系统带来了巨大的挑战。为应对城市内涝，深层隧道排水系统被越来越多的应用于大型城市中，而入流竖井是该排水系统重要的组成部分。为分析折板倾角对深隧入流对称型折板式竖井水力特性的影响，本文基于Realizable k–ε模型和VOF方法建立了三维紊流数学模型，分别对折板倾角为0°、8°、10°和12°的竖井进行数值模拟，得到无量纲流量(Q*)为0.056～0.168时，竖井的水流流态、流速分布、压强分布和竖井消能率。结果表明，随着折板倾角的增大，水流流态呈现撞壁受限流-临界流-自由跌流的转变，折板间壅水高度减小，气体占比上升，泄流量增加；水流在折板间摆动幅度减小，掺混程度减弱，导致折板前缘水流流速增加。竖井壁面压强主要由静水压强和动水压强组成，静水压强是主要影响因素，随着倾角增加，压强随之减小。折板倾角对竖井消能率的影响随流量发生变化，大流量泄流工况下竖井的消能率要低于小流量工况。小流量泄流时，水流直接跌落在折板上，消能率随折板倾角的增大而减小；大流量泄流时，水流直冲对侧井壁，消能效果降低，故折板倾角增加，消能率先增大后减小。研究成果可为深隧工程中的竖井折板倾角的设计提供参考。