一种城市雨洪系统间歇泉瞬态特性的三维模拟方法技术方案

本发明专利技术公开了一种城市雨洪系统间歇泉瞬态特性的三维模拟方法，基于k‑εRNG湍流模型，涉及计算流体动力学领域。该方法步骤如下：S1进行三维建模，网格划分；S2采用VOF方法进行水气两相瞬变流动计算；S3后处理软件对计算结果进行处理。极端暴雨背景下，城市雨洪排水系统中水气耦合作用下，常发生类似井喷的“间歇泉”现象。本发明专利技术考虑了水体气体压缩性，可以准确模拟水气运动过程的瞬态特性及压力变化，进而可以更深入地研究该过程中气。水耦合作用；基于k‑εRNG湍流模型，采用计算流体动力学理论，提出了一种模拟雨洪系统中间歇泉现象的三维模拟方法，以探索城市雨洪系统中间歇泉瞬态特性及压力变化。

【技术实现步骤摘要】
一种城市雨洪系统间歇泉瞬态特性的三维模拟方法
本专利技术涉及水力学数值模拟，具体涉及城市雨洪系统中间歇泉现象瞬态特性的三维模拟方法。
技术介绍
极端暴雨情况下，城市雨洪系统排水管道将处于满负荷工作状态，其过程中会混入的大量有压空气，形成滞留气团。滞留气团的存在可能会引起管道堵塞，降低排水系统的总体容积和排水效率。当滞留气团经过竖井的时候，剧烈的气水相互作用甚至会引发竖井处出现爆发性的“间歇泉”现象，冲翻井盖、污水出井口，其对应的异常水锤极有可能导致管道系统的破坏，对城市的道路安全及公共卫生产生较大的影响。此外，排水管道系统错综复杂的结构，也将使得城市排水管道中的水气两相流问题变得更为复杂。然而，至今为止，实际管道系统的设计标准只考虑管道载满水的情况，并不考虑“间歇泉”现象的存在及其危害；对于“间歇泉”现象的情况，管道设计中尚无相应的计算标准，且已有成果尚不完善。因此，为保证城市雨洪管道系统的安全运行，针对“间歇泉”现象所引起的瞬变流现象进行深入细致的研究，具有重大的现实意义。很对学者对上述复杂瞬变流进行了研究，建立了相关的实验系统。然而本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种城市雨洪系统间歇泉瞬态特性的三维模拟方法，其特征在于，利用k-εRNG湍流模型来模拟城市雨洪系统间歇泉现象,具体步骤如下：/n(1)构建城市雨洪系统间歇泉的三维模拟数学模型；可压缩水气两相瞬变流动采用VOF模型描述，求解水相体积分数方程、混合相的动量方程以及能量方程基础上，耦合湍流方程封闭整个求解系统；/n(2)根据工程实例建立三维流道模型，并进行网格划分；/n(3)根据工程实例，设置初始条件及边界条件；/n(4)求解控制方程系统，对监控点进行压力监控，并对气水界面进行追踪。/n

【技术特征摘要】
1.一种城市雨洪系统间歇泉瞬态特性的三维模拟方法，其特征在于，利用k-εRNG湍流模型来模拟城市雨洪系统间歇泉现象,具体步骤如下：
(1)构建城市雨洪系统间歇泉的三维模拟数学模型；可压缩水气两相瞬变流动采用VOF模型描述，求解水相体积分数方程、混合相的动量方程以及能量方程基础上，耦合湍流方程封闭整个求解系统；
(2)根据工程实例建立三维流道模型，并进行网格划分；
(3)根据工程实例，设置初始条件及边界条件；
(4)求解控制方程系统，对监控点进行压力监控，并对气水界面进行追踪。


2.根据权利要求1所述的城市雨洪系统间歇泉瞬态特性的三维模拟方法，其特征在于，所述步骤(1)还包括：
(1.1)水体密度和水锤波速的计算；
水体密度为：



其中，为液体绝对参考压力下的密度；ρw和K为分别绝对压力pw*下的液体密度及体积模量；
水锤波速为：



其中，Kset为根据实际波速折合了管壁弹性后的虚拟水体弹性模量。根据实际测量波速，由公式(2)求得虚拟水体弹性模后，将该值再代入公式(1)、(2)，即可实时根据计算的压力更新水体密度及波速；
(1.2)空气可压缩性采用理想气体定律；
(1.3)湍流模型采用RNGk-ε湍流模型，其标准的控制方程为



湍动粘度μt用k-ε的函数表示：



式中：k为湍动能；ε为湍流耗散率；σk和σε分别是k和ε的紊流普朗特数，μ是粘性系数，Gk是由平均速度梯度产生的湍流动能，Gb是由浮力产生的湍流动能，YM是由可压缩湍流脉动扩散的，值取为C1ε＝1.44，C2ε＝1.92，Cμ＝0.09，σk＝1.0，σε＝1.3。


3.根据权利要求1所述的城市雨...

【专利技术属性】
技术研发人员：周领，方浩宇，王沛，曹云，潘天文，薛子剑，李赟杰，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32