[發明專利]主補氣洞加支補氣豎井的多洞泄洪供氣系統及其優化方法

在審

• 申請號: 202110686205.X
• 申請日: 2021-06-21
• 公開（公告）號: CN113282875A
• 公開（公告）日: 2021-08-20
• 發明（設計）人: 魏建根;馬斌;杜帥群;王孝群
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G06F17/11
• 分類號: G06F17/11;G06F30/28;E02B8/06;G06F113/08;G06F119/14
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 張建中

本發明公開了一種主補氣洞加支補氣豎井的多洞泄洪供氣系統，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。本發明還公開了一種主補氣洞加支補氣豎井的多洞泄洪供氣系統的優化方法，本發明在主補氣洞?支補氣豎井供氣系統與多條泄洪隧洞之間建立能量守恒方程和質量守恒方程，并通過調整主補氣洞的截面面積和任一條支補氣豎井的截面面積，計算不同截面尺寸下各條支補氣豎井的風速和通風量，繪制對應參數的變化曲線，從而明確主補氣洞和支補氣豎井的截面尺寸對供氣系統中補氣洞風速和通風量的影響，為各條支補氣豎井的截面尺寸選擇提供設計依據。

技術領域

本發明涉及一種泄洪供氣系統，特別涉及一種主補氣洞加支補氣豎井的多洞泄洪供氣系統及其優化方法。

背景技術

目前，泄洪洞中的高速水流通過水-氣拖曳力將洞頂余幅內的空氣拖向下游洞外，使得泄洪洞內部產生負壓與洞外大氣環境形成壓差，從而驅動補氣洞向泄洪洞內部供氣。若補氣洞的尺寸被設置地過小，補氣洞供氣量可能無法滿足泄洪洞內部需氣量的要求，造成補氣洞內高風速、余幅內高負壓的問題；若補氣洞的尺寸被設置地偏大，可能又會過度降低補氣洞的風速，影響補氣洞的供氣效率。因此補氣洞截面尺寸的合理性對于泄洪洞的安全運行十分重要，需要較為精確地計算不同補氣洞的截面面積下其風速和通風量大小，以此來選擇合適的補氣洞截面面積。

目前通常采用三維數值模擬、經驗公式和半經驗半理論公式來預測補氣洞的通風量。利用三維數值模擬研究不同補氣洞截面尺寸下其風速和通風量的變化會占用大量計算和時間資源，使系統的設計時間增加，如果減少運算量，則其通風量的精度可能存在較大誤差。由于實測數據有限，有時通過經驗公式得到的結果與實際相差較大，經驗公式設計得到的泄洪供氣系統，其通風量的精度也存在較大誤差。半經驗半理論公式則主要用于計算單泄洪隧洞單補氣洞的通風量，無法預測同時為多條泄洪隧洞進行供氣的各條補氣洞的風速和通風量。

發明內容

本發明為解決公知技術中存在的技術問題而提供一種較高通風量精度的主補氣洞加支補氣豎井的多洞泄洪供氣系統及其優化方法。

本發明為解決公知技術中存在的技術問題所采取的技術方案是：一種主補氣洞加支補氣豎井的多洞泄洪供氣系統，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。

進一步地，主補氣洞水平設置，主補氣洞軸線與水平線傾斜角度為0～10°。

本發明還提供了一種上述的主補氣洞加支補氣豎井的多洞泄洪供氣系統的優化方法，該方法包括如下步驟：

步驟1，分別在下述位置設置節點：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相鄰的泄洪隧洞斷面；對相應各節點建立氣流能量守恒方程和質量守恒方程；

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條泄洪隧洞的進口通氣端與中間分隔面之間，均勻分割成n₁_s_j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_s_j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立節點，對相應各節點同時建立氣流和水流的能量、質量守恒方程和動量平衡方程；通過水-氣拖曳力模型對各節點的氣流和水流的能量、質量守恒方程和動量平衡方程進行耦合，得到各節點的耦合方程；

步驟4，將前步得到的方程聯立方程組；推導泄洪隧洞中各斷面的水流流速，并將推導值作為已知參數帶入到方程組；對方程組進行迭代求解，得到各條支補氣豎井的風速和通風量；

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，得到不同主補氣洞截面面積下各條支補氣豎井的風速和通風量；