[發(fā)明專利]主補氣洞加支補氣豎井的多洞泄洪供氣系統(tǒng)及其優(yōu)化方法在審
| 申請?zhí)枺?/td> | 202110686205.X | 申請日： | 2021-06-21 |
| 公開（公告）號： | CN113282875A | 公開（公告）日： | 2021-08-20 |
| 發(fā)明（設(shè)計）人： | 魏建根;馬斌;杜帥群;王孝群 | 申請（專利權(quán)）人： | 天津大學(xué) |
| 主分類號： | G06F17/11 | 分類號： | G06F17/11;G06F30/28;E02B8/06;G06F113/08;G06F119/14 |
| 代理公司： | 天津市北洋有限責(zé)任專利代理事務(wù)所 12201 | 代理人： | 張建中 |
| 地址： | 300072*** | 國省代碼： | 天津;12 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 補氣 洞加支 豎井 泄洪 供氣 系統(tǒng) 及其 優(yōu)化 方法 | ||
1.一種主補氣洞加支補氣豎井的多洞泄洪供氣系統(tǒng)，其特征在于，包括主補氣洞和若干與主補氣洞連通的支補氣豎井；每個支補氣豎井與一條泄洪隧洞連通。
2.一種主補氣洞加支補氣豎井的多洞泄洪供氣系統(tǒng)，其特征在于，主補氣洞水平設(shè)置，主補氣洞軸線與水平線傾斜角度為0～10°。
3.一種權(quán)利要求1或2所述的主補氣洞加支補氣豎井的多洞泄洪供氣系統(tǒng)的優(yōu)化方法，其特征在于，該方法包括如下步驟：
步驟1，分別在下述位置設(shè)置節(jié)點：主補氣洞與第j條支補氣豎井的相交中心點，第j條支補氣豎井的末端截面，第j條泄洪隧洞的進(jìn)口補氣洞末端截面和出口斷面，第j條支補氣豎井末端截面及其上下游兩側(cè)相鄰的泄洪隧洞斷面；對相應(yīng)各節(jié)點建立氣流能量守恒方程和質(zhì)量守恒方程；
步驟2，以通過第j條支補氣豎井軸線且垂直于第j條泄洪隧洞軸線的平面為中間分隔面，將第j條泄洪隧洞分為兩段；在第j條泄洪隧洞的進(jìn)口通氣端與中間分隔面之間，均勻分割成n1_sj個斷面；在第j條泄洪隧洞的出口與中間分隔面之間，均勻分割成n2_sj個斷面；
步驟3，建立水-氣拖曳力模型，對第j條泄洪隧洞各個斷面上的水相和氣相分別設(shè)立節(jié)點，對相應(yīng)各節(jié)點同時建立氣流和水流的能量、質(zhì)量守恒方程和動量平衡方程；通過水-氣拖曳力模型對各節(jié)點的氣流和水流的能量、質(zhì)量守恒方程和動量平衡方程進(jìn)行耦合，得到各節(jié)點的耦合方程；
步驟4，將前步得到的方程聯(lián)立方程組；推導(dǎo)泄洪隧洞中各斷面的水流流速，并將推導(dǎo)值作為已知參數(shù)帶入到方程組；對方程組進(jìn)行迭代求解，得到各條支補氣豎井的風(fēng)速和通風(fēng)量；
步驟5，保持各條支補氣豎井截面尺寸不變，令主補氣洞的截面面積乘以不同的放大系數(shù)，得到不同主補氣洞截面面積下各條支補氣豎井的風(fēng)速和通風(fēng)量；
步驟6，在改變主補氣洞截面面積的同時，將任一條支補氣豎井的截面面積乘以不同的縮放系數(shù)，得到不同支補氣豎井截面面積和不同主補氣洞截面面積下各支補氣豎井的風(fēng)速和通風(fēng)量，并以主補氣洞截面面積的放大系數(shù)為橫坐標(biāo)，繪制不同主補氣洞截面面積和支補氣豎井截面面積下的各條支補氣豎井的風(fēng)速和通風(fēng)量變化曲線；
步驟7，根據(jù)上一步繪制的曲線，選擇適合的主補氣洞和支補氣豎井截面尺寸。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的主補氣洞加支補氣豎井的多洞泄洪供氣系統(tǒng)的優(yōu)化方法，其特征在于，步驟3中，建立如下水-氣拖曳力模型：
式中，τwaj(i)、τawj(i)為第j條泄洪隧洞中第i個斷面和第i+1個斷面之間的水-氣拖曳力；為第j條泄洪隧洞中第i個斷面和第i+1個斷面的平均水流流速；為第j條泄洪隧洞中的第i個斷面和第i+1個斷面的平均風(fēng)速；fwaj(i)為第j條泄洪隧洞中的第i個斷面和第i+1個斷面之間的水-氣拖曳力系數(shù)；為第j條泄洪隧洞中第i個斷面的水流流速；ρa為空氣密度；ω為待定系數(shù)；g為重力加速度；Hj(i)為第j條泄洪隧洞中第i個斷面的等效高度；hwj(i)為第j條泄洪隧洞中第i個斷面的水深。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的主補氣洞加支補氣豎井的多洞泄洪供氣系統(tǒng)的優(yōu)化方法，其特征在于，待定系數(shù)ω為0.025～0.030。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的主補氣洞加支補氣豎井的多洞泄洪供氣系統(tǒng)的優(yōu)化方法，其特征在于，步驟4中，推導(dǎo)泄洪隧洞中各斷面的水流流速的方法為以下兩種方法：
(a)通過明渠水力學(xué)的理論計算，得到每條泄洪隧洞中第一個斷面的水流流速和水深，隨后根據(jù)不動點迭代方法逐步推求每條泄洪隧洞中各斷面的水流流速和水面線；
(b)通過模型試驗或原型觀測獲取各條泄洪隧洞的水流流速。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的主補氣洞加支補氣豎井的多洞泄洪供氣系統(tǒng)的優(yōu)化方法，其特征在于，步驟5中，主補氣洞截面面積的放大系數(shù)在1.0～2.0之間選擇。
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