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險極高，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險極高的區(qū)域。為了探討地下空間水侵災(zāi)害時被困人員疏散時的安全性，本文針對性地研究了水侵災(zāi)害時用于行人行走的階梯上水流的水力特性及人體（簡化為柱體）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動規(guī)律，歸納了不同數(shù)量水氣交界面的摻氣水流的摻氣運動機理，并根據(jù)水流摻氣的相關(guān)理論，推導出了兩個氣相線（面）源（兩個水氣交界面）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)及水力學模型試驗原理，設(shè)計制作出帶中間休息平臺的地下空間出入口階梯綜合試驗平臺，試驗研究了地下空間受洪水入侵災(zāi)害時含休息平臺的階梯水流的水

3、力特性，得到了階梯水流流場、初始摻氣點、摻氣濃度分布、水氣混合速度及階梯平臺挑流等特性，并驗證了不合清水層的兩個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)試驗結(jié)果和數(shù)值模型的相關(guān)理論，構(gòu)建并驗證了階梯水流流場數(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、階梯坡度和階梯形態(tài)對水流流場的影響，分析了有無休息平臺、不同階梯坡度和不同階梯形態(tài)下階梯水流流態(tài)、流速分布及其對被困人員的安全撤離的影響。
　

4、　最后，提出了復雜水流工況下突出自由液面的柱體繞流作用力的測量方法，制作出測量裝置，并通過三種方式驗證了該裝置測力時的精度;簡化人體繞流為柱體繞流，并考慮單人或多人同時撤離的不同情況，試驗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與水流作用力，并據(jù)此計算分析繞流阻力系數(shù)。
　　論文的創(chuàng)新點在于:針對階梯水流的高摻氣率、且在休息平臺后的挑流含有兩個水氣交界面的特點，推導出含兩個氣相線（面）源