本技术公开了一种考虑大型多竖井管道的改进混合流模拟方法,提出了改进混合流模型,将水体的两相组分法和离散气体相结合,并用随机选择法和高得诺夫型有限体积法结合求解,并考虑实际多竖井布局和大尺寸工程案例的适用性,可以改进混合流模拟的准确性、稳定性和实际适用性,准确定量表征混合流模拟中水气两相流的动态压力特性,并详细揭示了多竖井布局和比尺效应对混合流模拟的影响效应,对实际工程考虑大型多竖井复杂布局的混合流模拟和水力安全指导具有重要意义。
背景技术
近年来,在大型雨水排放系统和引调水工程中,由于强降雨或上游大量流入,经常发生快速的流量转换。这种流态的特征是长距离气囊的初始压缩,以及随后不规则的间歇流态转变。由于实际工程布置需要,这些管道系统涉及多竖井气体排放问题。这些复杂的流动对管道系统的安全运行构成了巨大威胁,因而开发相应的混合流动模型十分具有必要。
在目前的研究中,已经开发了用于混合流模拟的一维和三维数值方法。考虑到大型管道需要大量的网格单元和较长的模拟时间,三维方法的高计算需求使其不切实际。相比之下,一维方法更适合大型管道,包括刚性柱法、冲击捕捉法和冲击拟合法。在一维激波捕获方法中,双组分压力法(TPA)在不追踪空气-水界面的情况下有效地解决混合流模拟问题,被广泛应用,因而本发明的水体部分也应用此模型。
此外,为了解决混合流中的滞留气囊问题,双组分压力法需与空气模型相结合。空气模型基于理想气体定律,主要包括均匀空气压头模型和离散空气模型。传统方法:1、主要为均匀空气压头模型,简单假设单个气囊内的气压均匀,无法精确考虑其中的滞留气囊问题;2、另外,传统方法忽略了实际多垂直竖井之间的相互影响,无法考虑混合流过程中气体排放的分阶段特性,对气液两相混合流的水气两相压力、密度、流速的瞬态耦合影响表征能力差;3、忽略了以及大尺寸原型和模型之间大距离气囊的尺寸效应,对水气两相混合流模型在实际大工程的适用性缺乏定量研究和检验;4、传统求解法对多相、瞬变流的激波捕捉、波速调整,存在分辨率低、守恒性差的固有缺陷。
因此,本发明旨在通过建立改进的混合流模型来解决这些差距。该模型结合了用于水部分模拟的双组分压力法和用于气体部分的离散欧拉方法。数值解是高得诺夫(Godunov)型有限体积法,结合随机选择法(RCM)以提高数值稳定性。进一步强调了在大型气囊中的适用性,并分析了多竖井和尺寸效应问题。
实现思路