關鍵詞：間歇泉，瞬態，VOF，Fluent，六面體網格

隨著城鎮化進程的快速推進，城市下墊面的透水性能不斷降低，內河水面率不足，調蓄功能銳減，加之全球氣候變化導致強暴雨等極端天氣頻發，城市排水系統排澇能力嚴重不足。城市深層調蓄隧道系統能有效增加雨水調蓄能力，防止內澇，且由于隧道埋深較大，可充分利用城市深層地下空間，避免大量征地和拆遷，在日本東京、美國芝加哥及加拿大埃德蒙頓等城市已經應用多年。近年來，隨著國內對城市防洪問題的日益重視，廣州、上海、武漢和成都等地已率先開始了深層調蓄隧道工程的規劃與建設。豎井(入流井、檢修井和通氣孔等)和調蓄隧道是地下調蓄隧道系統中的兩個關鍵過流建筑物。受城市地下管網通氣設施布置條件限制，在調蓄隧道充水尤其是快速充水時，豎井內的水流極易封堵隧道內尚未排出的氣體，從而形成滯留氣團。在水流沖擊、壓力波動和表面張力等因素的綜合作用下，滯留氣團在釋放過程中，系統內可能產生水氣混合物從豎井內涌出地面的“井噴”(geyser)現象。

圖1 國外井噴現象

接下來嘗試模擬一篇SCI論文中間歇泉現象，如圖2所示，初始氣團在水平管道左側，水平管道兩側為壓力邊界條件，上方出口為壓力出口。

圖2 計算說明

網格處理采用Fluent meshing繪制六面體網格，簡單快捷，對邊界層進行了處理，網格數量可控，網格質量在0.4以上。

圖3 六面體網格

模擬計算在Fluent中完成，兩相流模型采用VOF進行處理，能夠較好的模擬自由液面的形變。湍流模型采用RNG k-epsilon湍流模型。該模擬中相關設置如圖4所示，該問題的主要復雜點在于網格的處理和Fluent中設置和參數的選擇。例如邊界層處理以及六面體網格采用合適的算法，fluent中算法參數的選擇，合理的邊界條件設置。

圖4 網格和Fluent相關設置

如圖5所示，初始狀態采用patch功能進行處理，可以看出，初始狀態水相和液相分明。模擬過程中，氣泡的運動可見。

可以看出，采用VOF處理水汽兩相流具有良好的優勢，能夠模擬出界面的變化，運動。同時采用Fluent meshing繪制網格具有簡單快捷的優點。

圖5 模擬初始狀態

圖6 模擬過程狀態

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