階梯水流的水力與繞流特性.pdf

1、在地下空間的大規(guī)模建設(shè)開(kāi)發(fā)、城市極端降水事件頻繁發(fā)生情況下，地下空間遭受水侵風(fēng)險(xiǎn)極高，地下空間水侵災(zāi)害事件已不容忽視。地下空間出入口階梯是泛濫河水或暴雨積水入侵時(shí)被困人員撤離的關(guān)鍵通道，已成為威脅行人安全撤離的風(fēng)險(xiǎn)極高的區(qū)域。為了探討地下空間水侵災(zāi)害時(shí)被困人員疏散時(shí)的安全性，本文針對(duì)性地研究了水侵災(zāi)害時(shí)用于行人行走的階梯上水流的水力特性及人體（簡(jiǎn)化為柱體）的繞流特性，主要內(nèi)容如下:
　　首先，總結(jié)了階梯摻氣水流的類(lèi)型和水流摻氣的原

2、因，將摻氣水流劃分為含清水層的摻氣水流和不含清水層的摻氣水流，分析了摻氣水流的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，歸納了不同數(shù)量水氣交界面的摻氣水流的摻氣運(yùn)動(dòng)機(jī)理，并根據(jù)水流摻氣的相關(guān)理論，推導(dǎo)出了兩個(gè)氣相線（面）源（兩個(gè)水氣交界面）摻氣濃度分布的基本形式及水力特性參數(shù)的計(jì)算方法。
　　其次，根據(jù)選定的地下空間出入口形態(tài)及水力學(xué)模型試驗(yàn)原理，設(shè)計(jì)制作出帶中間休息平臺(tái)的地下空間出入口階梯綜合試驗(yàn)平臺(tái)，試驗(yàn)研究了地下空間受洪水入侵災(zāi)害時(shí)含休息平臺(tái)的階梯水流的水

3、力特性，得到了階梯水流流場(chǎng)、初始摻氣點(diǎn)、摻氣濃度分布、水氣混合速度及階梯平臺(tái)挑流等特性，并驗(yàn)證了不合清水層的兩個(gè)水氣交界面摻氣水流摻氣濃度分布的基本形式。
　　再次，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果和數(shù)值模型的相關(guān)理論，構(gòu)建并驗(yàn)證了階梯水流流場(chǎng)數(shù)值模擬模型，并基于數(shù)值模型的靈活性和可變性，模擬了休息平臺(tái)、階梯坡度和階梯形態(tài)對(duì)水流流場(chǎng)的影響，分析了有無(wú)休息平臺(tái)、不同階梯坡度和不同階梯形態(tài)下階梯水流流態(tài)、流速分布及其對(duì)被困人員的安全撤離的影響。
　

4、　最后，提出了復(fù)雜水流工況下突出自由液面的柱體繞流作用力的測(cè)量方法，制作出測(cè)量裝置，并通過(guò)三種方式驗(yàn)證了該裝置測(cè)力時(shí)的精度;簡(jiǎn)化人體繞流為柱體繞流，并考慮單人或多人同時(shí)撤離的不同情況，試驗(yàn)研究了單柱體在不同入侵水深和在階梯不同位置工況下、多柱體在不同的排列狀況下的繞流流場(chǎng)與水流作用力，并據(jù)此計(jì)算分析繞流阻力系數(shù)。
　　論文的創(chuàng)新點(diǎn)在于:針對(duì)階梯水流的高摻氣率、且在休息平臺(tái)后的挑流含有兩個(gè)水氣交界面的特點(diǎn)，推導(dǎo)出含兩個(gè)氣相線（面）源