王希晨，張 健，許聽雨，俞曉東，陳 勝

(1.南水北調(diào)東線江蘇水源有限責(zé)任公司，江蘇 南京 210019； 2.河海大學(xué)水利水電學(xué)院,江蘇 南京 210098)

為提高大型城市防洪排澇能力，針對(duì)中心城區(qū)地面硬化率高、建筑密度大、地下市政管線錯(cuò)綜復(fù)雜等特點(diǎn)，美國(guó)芝加哥、日本東京、英國(guó)泰晤士、法國(guó)巴黎以及我國(guó)廣州、上海、成都、重慶等城市已開始規(guī)劃建設(shè)深層隧道排水調(diào)蓄系統(tǒng)工程(簡(jiǎn)稱深隧工程)[1-13]。主隧系統(tǒng)是整個(gè)深隧工程中的重要組成部分，由主隧及豎井組成，豎井與主隧水氣相通，相互作用，豎井入流影響主隧流態(tài)，主隧排氣影響豎井入流，主隧從明流到滿流過程中易產(chǎn)生涌浪、滯留氣團(tuán)、彌合水錘等諸多復(fù)雜水力學(xué)現(xiàn)象。近年來，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)管(隧)道系統(tǒng)水氣兩相流進(jìn)行了深入研究：Zhou等[14]對(duì)有壓輸水管道中含有兩個(gè)氣團(tuán)的瞬變壓力進(jìn)行了數(shù)值模擬研究；Trindade等[15]通過數(shù)值模擬和模型試驗(yàn)對(duì)有壓輸水管道考慮空氣增壓的充水過程進(jìn)行了研究；Catano-Lopera等[16]采用數(shù)值模擬方法對(duì)芝加哥深隧系統(tǒng)工程中的瞬變流和水氣兩相流進(jìn)行了研究，提出不穩(wěn)定工況和水氣相互作用是間歇泉發(fā)生的重要原因；王才歡等[17]通過某水利工程導(dǎo)流隧洞水力模型試驗(yàn)，指出在一定水流條件下，在較長(zhǎng)的洞段及較大的流量區(qū)間，會(huì)出現(xiàn)明滿交替流、明流沖擊波、水流折沖等引發(fā)洞壁有害振動(dòng)或空蝕破壞的不良流態(tài)；郭永鑫等[18]結(jié)合南水北調(diào)中線工程北京西環(huán)暗涵充水試驗(yàn)，建立了長(zhǎng)輸水管道充水過程的水氣兩相流數(shù)值模型；吳建華等[19]針對(duì)深隧工程中豎井的高落差和大流量等特點(diǎn)提出了一種大轉(zhuǎn)角階梯泄水道豎井結(jié)構(gòu)，采用物理模型試驗(yàn)方法研究了流態(tài)、時(shí)均動(dòng)水壓力、消能和摻氣特性等水力特性；王斌等[20]通過物理模型試驗(yàn)分析了矩形截面折板豎井內(nèi)的流態(tài)及消能特性,提出了改善豎井流態(tài)的整治措施；李璐等[21]采用數(shù)值模型與物理模型相結(jié)合的方法對(duì)深隧工程的折板式豎井的消能特性進(jìn)行了研究；夏海等[22]對(duì)跌落式入流豎井內(nèi)部流場(chǎng)進(jìn)行了數(shù)值模擬，研究了不同豎井體型和不同入口流速工況下豎井內(nèi)部壓力場(chǎng)、速度場(chǎng)的變化規(guī)律及其消能率；徐劍喬[23]采用數(shù)值模擬方法對(duì)武漢大東湖深隧工程入流豎井進(jìn)行了建模分析,對(duì)比了渦流式豎井和折板式豎井在不同工況下的消能和排氣效果；Wang等[24]針對(duì)深隧系統(tǒng)流量大范圍變化工況，采用數(shù)值模型和物理模型相結(jié)合的手段，對(duì)某對(duì)稱結(jié)構(gòu)的新型折板式豎井的水力特性進(jìn)行了研究。

綜上可知，當(dāng)前國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)管(隧)道系統(tǒng)水氣兩相流研究主要集中在水利工程過水隧洞中的明滿流水力特性方面，對(duì)于城市深隧工程的水氣兩相流研究大多集中在單體消能豎井等局部設(shè)施，對(duì)于大排水流量、深埋地下的深隧工程而言，其包含豎井和相連主隧的主隧系統(tǒng)的水力特性研究仍相當(dāng)有限。目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)于管道中的明滿流問題研究主要采取一維數(shù)值模擬方法[25-29]，該方法對(duì)主隧系統(tǒng)進(jìn)水過程的模擬難以準(zhǔn)確描述主隧系統(tǒng)水氣兩相流復(fù)雜的三元結(jié)構(gòu)，以及主隧與豎井之間水氣相互作用的具體流動(dòng)現(xiàn)象?；诹黧w動(dòng)力學(xué)計(jì)算(computational fluid dynamics, CFD)方法[30]的三維數(shù)值模擬在形象地反映局部復(fù)雜流態(tài)方面有顯著優(yōu)勢(shì)，目前已在深層隧道調(diào)蓄系統(tǒng)的消能豎井等局部流場(chǎng)的數(shù)值模擬中得到了應(yīng)用[21-24]。該方法對(duì)深隧全系統(tǒng)進(jìn)行模擬，對(duì)于研究整個(gè)深隧系統(tǒng)水氣運(yùn)動(dòng)特性具有重要意義，但三維CFD模擬消耗大量計(jì)算資源，現(xiàn)有硬件水平難以滿足深隧全系統(tǒng)三維模擬需求。

為對(duì)主隧調(diào)蓄過程中的水力學(xué)問題進(jìn)行研究，筆者所在課題組搭建了包含兩豎井及相連主隧的主隧系統(tǒng)物理模型。但受到試驗(yàn)條件、試驗(yàn)方法、量測(cè)手段的限制，物理模型方法對(duì)于主隧系統(tǒng)全流場(chǎng)的水氣運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象捕捉有限。筆者采用CFD三維數(shù)值模擬與物理模型試驗(yàn)相結(jié)合的方式，建立包含兩豎井和相連主隧段的主隧系統(tǒng)三維數(shù)值模型，對(duì)大流量工況下的進(jìn)水過程進(jìn)行三維動(dòng)態(tài)數(shù)值模擬，旨在揭示主隧系統(tǒng)在大進(jìn)水流量下的水氣運(yùn)動(dòng)及壓力變化規(guī)律，為主隧系統(tǒng)工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和工況控制提供科學(xué)依據(jù)。

1 模型建立與驗(yàn)證

1.1 數(shù)值模型的建立

建立深隧工程主隧系統(tǒng)三維數(shù)值模型，對(duì)其在大流量進(jìn)水工況下的水氣運(yùn)動(dòng)特性進(jìn)行模擬，并通過筆者所在課題組搭建的深隧系統(tǒng)物理模型試驗(yàn)平臺(tái)對(duì)模擬結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。數(shù)值模型與物理模型的體型結(jié)構(gòu)尺寸相同，模型與原型比尺為1∶30。

模型包含兩端豎井及一段與之相連的主隧，主隧管徑0.3 m，水平全長(zhǎng)51.79 m，坡度0.001，兩豎井間高差0.051 79 m，主隧布置線路如圖1所示。模型采用了如圖2所示的簡(jiǎn)化豎井結(jié)構(gòu)，豎井高1 m，由中心內(nèi)井及外井構(gòu)成，內(nèi)、外井直徑分別為0.4 m和1 m，內(nèi)井底部連接一直徑0.4 m的進(jìn)水管，頂部開設(shè)一直徑0.1 m的排氣孔；內(nèi)井壁面上、下端各開設(shè)4個(gè)使內(nèi)外井相連通的高0.08 m、間距0.1 m方孔，水流由進(jìn)水管進(jìn)入內(nèi)井后從下端方孔進(jìn)入外井，外井氣體從上端方孔進(jìn)入內(nèi)井后從豎井頂部排氣孔排出。模型中對(duì)豎井采用內(nèi)井底部進(jìn)流的結(jié)構(gòu)形式，模擬雨水跌落后經(jīng)豎井內(nèi)部消能工充分消能后，在豎井底部匯集并流入主隧的進(jìn)流狀態(tài)，旨在未確定豎井具體結(jié)構(gòu)形式的情況下有效減小豎井水流對(duì)主隧排氣作用的影響，獲得較為良好的主隧進(jìn)流條件。

圖1 主隧系統(tǒng)模型布置線路

圖2 主隧系統(tǒng)三維數(shù)值模型概化豎井結(jié)構(gòu)

對(duì)主隧系統(tǒng)三維數(shù)值模型進(jìn)行計(jì)算網(wǎng)格劃分：豎井內(nèi)井、外井主體部分和主隧段采取結(jié)構(gòu)式網(wǎng)格，外井與主隧端口連接部分采取非結(jié)構(gòu)式網(wǎng)格；對(duì)豎井下半部分和主隧兩端進(jìn)行網(wǎng)格加密。采用經(jīng)網(wǎng)格無關(guān)性驗(yàn)證確定的單元格尺寸進(jìn)行網(wǎng)格劃分，總網(wǎng)格數(shù)約為295.2萬個(gè)。

該主隧系統(tǒng)三維模型包含2個(gè)進(jìn)口邊界和2個(gè)出口邊界，其中主隧兩端豎井的進(jìn)水口給定具有恒定流量的滿管入流，豎井的排氣口設(shè)為大氣壓邊界，豎井內(nèi)、外壁和主隧管壁均設(shè)為壁面邊界，粗糙度忽略不計(jì)?？紤]到模型兩端豎井連通外界大氣，進(jìn)水過程為明流到明滿流，無瞬變工況，且在水位高于管道端口上方0.2 m時(shí)就停止進(jìn)流，滯留在管道內(nèi)的氣體壓縮程度較小，將氣體視為不可壓縮氣體且無溫度變化。采用VOF方法(流體體積法)對(duì)水氣兩相交界面進(jìn)行追蹤，定義水為主相、氣體為第二相，通過求解質(zhì)量方程每一相的體積分?jǐn)?shù)來對(duì)水氣交界面進(jìn)行模擬：體積分?jǐn)?shù)為1則為水；體積分?jǐn)?shù)為0則視作空氣；體積分?jǐn)?shù)為0.5視為水氣交界面。由于模型體型復(fù)雜且存在彎曲流動(dòng)，故選擇對(duì)彎曲流動(dòng)具有較高精度的Realizablek-ε湍流模型。基于FLUENT軟件對(duì)主隧系統(tǒng)三維模型進(jìn)行動(dòng)態(tài)求解。由于模型網(wǎng)格數(shù)大，三維動(dòng)態(tài)計(jì)算需要消耗大量計(jì)算資源及計(jì)算時(shí)間，選取兩典型大流量極端工況進(jìn)行模擬，計(jì)算時(shí)間步長(zhǎng)設(shè)為0.005 s，當(dāng)豎井1水位超出主隧上表面約0.2 m時(shí)停止進(jìn)流。工況1豎井1進(jìn)水流量為0.008 7 m3/s，豎井2進(jìn)水流量為0.013 9 m3/s。工況2兩端豎井進(jìn)水流量均為0.0162 3 m3/s。

1.2 物理模型試驗(yàn)驗(yàn)證

為實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)主隧內(nèi)水氣兩相流沿程壓力變化過程，在主隧底部和頂部沿程布置了一系列測(cè)壓點(diǎn)：從豎井一側(cè)主隧端口開始，于主隧內(nèi)靠近底部位置沿管線方向每隔10 m布置1個(gè)測(cè)壓點(diǎn)(記作P1～P6)，其中P1點(diǎn)位于距主隧端口界面0.1 m處。此外，在P1測(cè)壓點(diǎn)對(duì)應(yīng)的管頂位置布置P7測(cè)壓點(diǎn)，在靠近豎井外壁、主隧端口界面頂部向上0.1 m處布置P8測(cè)壓點(diǎn)，在側(cè)壓點(diǎn)上布置壓力傳感器，進(jìn)行同步采集壓力數(shù)據(jù)，見圖3。主隧系統(tǒng)三維數(shù)值模型與物理模型相同位置布置8個(gè)測(cè)壓點(diǎn)，計(jì)算過程中進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)壓力，每0.05 s提取1個(gè)壓力值，得到壓力隨時(shí)間變化的曲線。

圖3 主隧系統(tǒng)三維模型測(cè)壓點(diǎn)布置

將主隧系統(tǒng)在工況1下的三維數(shù)值模擬與物理模型試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比對(duì)，對(duì)主隧系統(tǒng)三維數(shù)值模型的可靠性進(jìn)行驗(yàn)證。工況1進(jìn)水條件下，物理模型試驗(yàn)觀測(cè)和三維數(shù)值模擬的進(jìn)水過程基本相似，主隧系統(tǒng)三維數(shù)值模擬及物理模型試驗(yàn)部分測(cè)壓點(diǎn)上壓力隨時(shí)間變化曲線如圖4所示。三維數(shù)值計(jì)算結(jié)果與物理試驗(yàn)測(cè)量值與在壓力變化趨勢(shì)和壓力值上均較為接近，僅在曲線糙率、壓力變化時(shí)間點(diǎn)等處存在微小誤差。造成誤差的原因可能包括：三維數(shù)值模型由算法、網(wǎng)格質(zhì)量產(chǎn)生的計(jì)算誤差；數(shù)值模擬與物理模型在入流工況控制上產(chǎn)生的誤差；物理模型對(duì)壓力數(shù)據(jù)量測(cè)和采集精度產(chǎn)生的誤差；將氣體視為不可壓縮氣體帶來的誤差。三維數(shù)值模型結(jié)果與試驗(yàn)量測(cè)的壓力曲線變化趨勢(shì)上基本接近且誤差在合理范圍內(nèi)，因此建立的主隧系統(tǒng)三維數(shù)值模型是可靠的，可用于研究主隧系統(tǒng)在大進(jìn)水流量工況下水氣運(yùn)動(dòng)及壓力變化規(guī)律。

圖4 工況1主隧系統(tǒng)三維數(shù)值模擬與物理模型試驗(yàn)部分測(cè)壓點(diǎn)壓力變化對(duì)比

2 水力特性分析

在前述模型建立的基礎(chǔ)上，對(duì)主隧系統(tǒng)兩種工況下的動(dòng)態(tài)模擬結(jié)果進(jìn)行分析，對(duì)進(jìn)水過程、水氣運(yùn)動(dòng)及壓力變化過程進(jìn)行分析總結(jié)。

2.1 進(jìn)水過程

通過計(jì)算對(duì)比分析可知，工況1和工況2入流條件下主隧系統(tǒng)進(jìn)水過程相似，可歸納為4個(gè)階段：①第一階段：水流由兩端豎井開始進(jìn)入主隧。②第二階段：兩端入流在主隧中部附近沖撞產(chǎn)生一對(duì)反射液面波，沿主隧中部向兩端推進(jìn)過程中又產(chǎn)生較弱液面波，多股液面波相互碰撞、疊加，主隧水位迅速上升。③第三階段：主隧下游、上游側(cè)端口先后被水流封堵，主隧進(jìn)流受阻，兩端豎井水位超過主隧頂部并持續(xù)上升，大量氣體滯留于主隧上部，僅少量氣體從兩端口頂部排出。④第四階段：當(dāng)上游豎井水位超出主隧頂部并繼續(xù)上漲時(shí)對(duì)進(jìn)流進(jìn)行控制；進(jìn)流停止后，主隧內(nèi)氣體逐漸排出，兩端豎井水位逐步回落。

2.2 水氣運(yùn)動(dòng)特性

分別截取兩端豎井包括相連主隧局部段沿主隧入流方向截取的中心平面以及端口附近主隧橫截面，對(duì)各截面上進(jìn)行壓力、速度矢量和水面線流場(chǎng)綜合分析，見圖5～8，進(jìn)水過程的4個(gè)階段水氣運(yùn)動(dòng)特性總結(jié)如下。

圖5 進(jìn)水第二階段工況1水氣運(yùn)動(dòng)特性

圖6 進(jìn)水第二階段工況2水氣運(yùn)動(dòng)特性

圖7 進(jìn)水第三階段工況1水氣運(yùn)動(dòng)特性

圖8 進(jìn)水第三階段工況2水氣運(yùn)動(dòng)特性

a.第一階段：水流進(jìn)入主隧初期，流場(chǎng)整體壓力和速度分布相對(duì)均勻，兩豎井排氣口速度相近，主隧兩端口處速度場(chǎng)均存在微弱擾動(dòng)——水流從主隧下部進(jìn)入，氣體從主隧上部排出。工況1中，豎井2一側(cè)主隧端口水位略高于豎井1一側(cè)主隧端口水位，而工況2由于兩端進(jìn)水流量相同，主隧兩側(cè)端口水位差異并不明顯。

b.第二階段：當(dāng)兩股水流在主隧中部碰撞并產(chǎn)生第一對(duì)反射波時(shí)，反射波向主隧兩端推進(jìn)，使得主隧端口上部氣流排氣速度增大，氣體沖擊兩端豎井內(nèi)壁。該階段兩種工況水氣運(yùn)動(dòng)特征略有差異，工況2較工況1水氣擾動(dòng)更為劇烈。

工況1：隨著主隧水位上升，豎井2側(cè)主隧端口排氣面積減小且低于豎井1側(cè)排氣面積，因而該側(cè)主隧上部排出氣流速度增大，并進(jìn)一步影響到兩豎井頂部排氣口速度，使得豎井1排氣口速度明顯減小，豎井2排氣口速度顯著增大。當(dāng)?shù)谝还煞瓷洳ū平Q井2時(shí)，主隧上部氣流對(duì)豎井內(nèi)壁沖擊速度增大，沖擊面積減小，主隧上部出現(xiàn)局部低壓，豎井2頂部排氣速度達(dá)到最大；而豎井1端口處主隧上部氣流速度減小，豎井1頂部排氣口排氣進(jìn)一步減弱。當(dāng)豎井2端口處產(chǎn)生反向液面波并向主隧內(nèi)部傳遞時(shí)，主隧內(nèi)上部氣流速度迅速降低，而主隧端口排氣方向開始朝上變化，與內(nèi)壁間存在一局部氣團(tuán)；同時(shí)豎井2頂部排氣速度開始減小，而豎井1頂部排氣速度開始增加。

工況2：受到坡度影響，液面波向豎井2側(cè)傳遞較快，因而主隧上部氣流從豎井2側(cè)快速排出，豎井2頂部排氣速度增大。當(dāng)?shù)谝还煞瓷洳ū平Q井2時(shí)，主隧端口排出氣流對(duì)外井產(chǎn)生渦旋擾動(dòng)。液面波抵達(dá)豎井2，對(duì)內(nèi)井壁面產(chǎn)生強(qiáng)烈沖擊，外井及主隧端口水位大幅上升，排氣面積減小，豎井2頂部排氣減弱，豎井1頂部排氣加大。

c.第三階段：豎井2處主隧端口被封堵，少量氣流從端口頂部小區(qū)域并貼向豎井外井壁向上排出，豎井2外井水氣作用明顯，水面受到氣流擾動(dòng)出現(xiàn)局部壅高，豎井2頂部排氣明顯減??；主隧內(nèi)氣流向豎井2側(cè)排氣受阻，開始大量排向豎井1一側(cè)，豎井1側(cè)主隧端口排氣速度劇烈增加，對(duì)豎井1內(nèi)井壁形成強(qiáng)烈沖擊，豎井1頂部排氣速度也顯著增大。豎井1處主隧端口很快也被水流封堵，豎井1頂端排氣開始減小，對(duì)內(nèi)井上部氣流造成強(qiáng)烈擾動(dòng)并產(chǎn)生氣旋；豎井2處排氣開始增加。兩端豎井水位開始超過主隧頂部并持續(xù)上升，兩端主隧端口氣流向上排出水面，水面受擾動(dòng)均產(chǎn)生局部壅高，兩端豎井頂部排氣開始趨于接近。豎井1水位超過主隧頂部約0.2 m，此時(shí)主隧內(nèi)部壓力明顯增加，內(nèi)井均存在不同程度的氣旋擾動(dòng)，由于主隧存在一定坡度，豎井2側(cè)主隧端口排出的氣流方向較豎井1更貼向豎井外井壁面。

d.第四階段：停止進(jìn)流，兩豎井頂部幾乎停止向外排氣，主隧內(nèi)氣體持續(xù)從兩側(cè)主隧端口進(jìn)入兩豎井內(nèi)部，豎井水位逐漸回落，主隧壓力降低。由于坡降因素，豎井1較豎井2水位降低較快，壓力分布也較低。

綜上可知：主隧系統(tǒng)兩種工況下進(jìn)水過程各階段水氣運(yùn)動(dòng)特性相似，但由于工況2較工況1進(jìn)水流量大，其氣體擾動(dòng)、排氣速度均較工況1種更為劇烈。兩種極端工況下，主隧氣流從兩主隧端口排出時(shí)，會(huì)對(duì)豎井內(nèi)井壁產(chǎn)生沖擊，易產(chǎn)生空蝕；主隧端口處水氣擾動(dòng)明顯，當(dāng)下游側(cè)和上游側(cè)主隧端口先后被水流封堵時(shí)，兩端排氣變化劇烈。主隧端口被水流封堵后，氣體難以順暢排出且進(jìn)流受阻，大量氣體滯留在主隧頂部，使得主隧的蓄水能力大大減弱。進(jìn)流較大的工況下主隧端口更易被封堵，滯氣現(xiàn)象更為嚴(yán)重。

2.3 壓力變化過程

兩種工況下，進(jìn)水過程4個(gè)階段主隧沿程壓力隨時(shí)間變化趨勢(shì)相似，見圖9、圖10,其壓力變化過程如下。

圖10 工況2主隧系統(tǒng)三維數(shù)值模型測(cè)壓點(diǎn)壓力變化

a.第一階段(工況1，0～45 s；工況2，0～35 s)：水流從兩端口進(jìn)入主隧，主隧壓力平穩(wěn)上升。

b.第二階段(工況1，45～130 s；工況2，35～90 s)：水流在主隧中部匯集碰撞形成液面波，多股液面波沿主隧在兩豎井間碰撞、疊加，主隧沿程各壓力隨液面波的經(jīng)過出現(xiàn)跳躍式上升。

c.第三階段(工況1，130～170 s；工況2，90～115 s)：水流開始封堵主隧端口，主隧進(jìn)流受阻，各壓力曲線出現(xiàn)大幅上升，主隧沿程各測(cè)壓點(diǎn)壓力值趨于接近；隨著豎井水位超出主隧頂部持續(xù)上升，豎井兩測(cè)壓點(diǎn)(P7、P8)壓力也開始大幅增加。

d.第四階段(工況1，170～240 s；工況2，115～200 s)：進(jìn)流停止，豎井水位回落，壓力緩慢降低。各壓力曲線下降過程中存在小波動(dòng)，豎井水面回落過程中出現(xiàn)小幅震蕩，影響到主隧內(nèi)部進(jìn)水排氣，進(jìn)而對(duì)主隧沿程壓力產(chǎn)生波動(dòng)影響。當(dāng)豎井水位超過主隧上升階段，主隧壓力迅速上升，但因?qū)M(jìn)流進(jìn)行了有效控制，整個(gè)充水過程中各測(cè)壓點(diǎn)最大壓力值均未超過5 kPa(相當(dāng)于原型的176 kPa)。

3 結(jié) 論

a.主隧系統(tǒng)在大流量下的進(jìn)水過程可歸納為4個(gè)階段：第一階段——水流由兩端豎井開始進(jìn)入主隧；第二階段——兩端進(jìn)流在主隧中部附近碰撞產(chǎn)生一對(duì)反射液面波，沿主隧向兩端推進(jìn)過程中，多股液面波相互碰撞疊加，主隧水位迅速上升；第三階段——主隧下游、上游端口先后被水流封堵，兩端豎井水位超過主隧頂高并持續(xù)上升，大量氣體滯留于主隧上部，僅少量氣體從兩側(cè)主隧端口頂部排出；第階四段——停止進(jìn)流，豎井水位波動(dòng)式逐漸回落。

b.進(jìn)水流量主要影響主隧系統(tǒng)端口封堵程度、滯氣現(xiàn)象和進(jìn)水各階段進(jìn)程時(shí)間。流量越大，主隧端口的水流封堵、滯氣現(xiàn)象越嚴(yán)重，進(jìn)水過程各階段進(jìn)程時(shí)間大幅縮短，主隧端口氣體擾動(dòng)也更為劇烈。

c.依據(jù)兩種大流量工況下主隧系統(tǒng)進(jìn)水過程水氣運(yùn)動(dòng)特性分析，可對(duì)主隧系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)提出以下建議：①優(yōu)化豎井消能結(jié)構(gòu)以減小主隧進(jìn)流的摻氣量，增強(qiáng)進(jìn)流的平穩(wěn)性，提高豎井排氣性；②加固豎井內(nèi)井下部壁面，以增強(qiáng)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，提升抗空蝕、抗沖擊能力；③改善主隧與豎井的銜接結(jié)構(gòu)，以增強(qiáng)主隧端口過流排氣能力，減少進(jìn)水對(duì)主隧端口的局部封堵，減小主隧內(nèi)部滯氣；④對(duì)進(jìn)水流量進(jìn)行有效控制，減緩進(jìn)水流量，減短峰值流量進(jìn)流時(shí)間，當(dāng)水位高于主隧頂部時(shí)停止進(jìn)流。

d.筆者針對(duì)主隧系統(tǒng)物理模型建立三維數(shù)學(xué)模型并開展CFD模擬研究，揭示了主隧系統(tǒng)在大流量進(jìn)水工況下水氣運(yùn)動(dòng)及壓力變化規(guī)律。但主隧系統(tǒng)三維數(shù)值模型采用了簡(jiǎn)化豎井結(jié)構(gòu)方案，入流條件較為理想化。而實(shí)際工程中，經(jīng)豎井消能傳輸后，進(jìn)入主隧兩端的水流摻氣量和能量較大，主隧端口處的擾動(dòng)也會(huì)更加嚴(yán)重，對(duì)入流和排氣均會(huì)造成阻礙，特別是大流量下主隧內(nèi)滯氣現(xiàn)象會(huì)嚴(yán)重影響系統(tǒng)結(jié)構(gòu)安全。因此，主隧系統(tǒng)三維數(shù)值模型主隧兩端入流豎井應(yīng)依據(jù)工程明確的豎井具體設(shè)計(jì)方案進(jìn)行建立，以模擬真實(shí)入流情況下主隧系統(tǒng)入流過程，為實(shí)際工程設(shè)計(jì)提供具體優(yōu)化方案。