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申请/专利权人：兰州理工大学

摘要：本发明提供一种竖井，所述竖井包括第一井体和第二井体；所述第一井体的一侧设有进水管和进气管，所述进气管位于进水管的上方，第一井体的另一侧设有出流管，所述出流管与第一井体的底部垂直连接，且连接处设有弯肘段；所述第二井体设于出流管上，且第二井体与第一井体平行，所述第二井体与第一井体之间设有水平管，气流通过水平管在第一井体和第二井体中形成内循环。本发明还提供一种获得前述竖井中水平管位置的方法。本发明可保证竖井内形成内循环气流系统，且不影响竖井过流能力的同时，使更多气体参与竖井内的内循环，从而更有效的降低下游管道中的气压。

主权项：1.一种竖井，其特征在于，所述竖井包括第一井体和第二井体；所述第一井体的一侧设有进水管和进气管，所述进气管位于进水管的上方，第一井体的另一侧设有出流管，所述出流管与第一井体的底部垂直连接，且连接处设有弯肘段；所述第二井体设于出流管上，且第二井体与第一井体平行，所述第二井体与第一井体之间设有水平管，气流通过水平管在第一井体和第二井体中形成内循环；获得所述竖井中水平管位置的方法，包括第一方法和第二方法；其中，所述第一方法包括以下具体步骤：S1、建立模型在第一井体和第二井体顶端均密封的竖井中，以进水管口为原点，将第一井体依次分为气压非线性增长段和气压线性增长段，原点向下为正方向的坐标轴Z；假设水平管位于气压非线性增长段，且水平管位于距离原点的L处，即位于Z＝L处；S2、分布气压计算根据建立的模型，分别计算第一井体与水平管连接处的气压PL，以及第二井体与水平管连接处的的气压P'L，具体计算过程如下：第一井体与水平管连接处的气压PL，按照公式1计算： 式中：h表示气压非线性增长段的高度，m；L表示水平管到原点的距离，m；dpdz表示气压线性增长段的气压梯度，pam；P1表示Z＝0.64m处的气压，pa；第二井体与水平管连接处的的气压P'L，按照公式2计算： 式中：P6表示第一井体底部气压，pa；kd表示第二井体、第一井体与水平管段连接处的损失系数；f表示第二井体井壁的摩擦系数；DC表示第二井体的直径，m；Va表示第一井体中气压线性增长区域的平均气体流速，ms；表示第二井体中的平均气体速度，ms；ρa标准大气压室温时的气体密度，kgm3；H表示进水管到出流管的高度，m；其中，P1按照公式3计算： 式中：Pa表示大气压，pa；P1表示Z＝0.64m处的气压，pa；KI进气口处空气流入的损失系数；ρa标准大气压室温时的气体密度，kgm3；为进气管中的气体平均流速，ms；dpdz按照公式4计算： 式中：Qw为来水量，m3s；Cd取0.4表示水滴下落时的拖拽系数；d＝2表示水滴的直径，mm；V＝6表示水滴下落的平均速度，ms；Ds第一井体的直径，m；Va表示第一井体中气压线性增长区域的平均气体流速，ms；P6按照公式5计算： 式中：H表示进水管到出流管的高度，m；kt表示弯肘段水流下落碰撞时的损失系数；Va、与三者之间的关系如公式6和公式7： 式中：DI表示进气管的直径，m；Ds第一井体的直径，m；DC表示第二井体的直径，m；S3、确定临界位置当水平管内的气体恰好处于临界状态时，水平管两侧气压PL与PL'的关系如公式8：PL＝PL'8计算得到L值，并验证L值，若此时L值位于气压非线性增长段时，点位L即为水平管的临界位置；若此时L值位于气压非线性增长段之外，选择所述第二方法重新获得L值；S4、确定可形成内循环气流时水平管的位置当水平管位于所述临界位置，或者置于临界位置与竖井顶端之间的任一位置时，竖井内的气流可以形成内循环气流；所述第二方法包括以下具体步骤：S1、建立模型在第一井体和第二井体顶端均密封的竖井中，以进水管口为原点，将第一井体依次分为气压非线性增长段和气压线性增长段，原点向下为正方向的坐标轴Z；假设水平管位于气压线性增长段，且水平管位于距离原点的L处，即位于Z＝L处；S2、分布气压计算根据建立的模型，分别计算第一井体与水平管连接处的气压PL，以及第二井体与水平管连接处的的气压P'L，具体计算过程如下：第一井体与水平管连接处的气压PL，按照公式9计算： 式中：h表示气压非线性增长段的高度，m；L表示水平管到原点的距离，m；dpdz表示气压线性增长段的气压梯度，pam；P1表示Z＝0.64m处的气压，pa；第二井体与水平管连接处的的气压P'L，按照公式2计算： 式中：P6表示第一井体底部气压，pa；kd表示第二井体、第一井体与水平管段连接处的损失系数；f表示第二井体井壁的摩擦系数；DC表示第二井体的直径，m；Va表示第一井体中气压线性增长区域的平均气体流速，ms；表示第二井体中的平均气体速度，ms；ρa标准大气压室温时的气体密度，kgm3；H表示进水管到出流管的高度，m；其中，P1按照公式3计算： 式中：Pa表示大气压，pa；P1表示Z＝0.64m处的气压，pa；KI进气口处空气流入的损失系数；ρa标准大气压室温时的气体密度，kgm3；为进气管中的气体平均流速，ms；dpdz按照公式4计算： 式中：Qw为来水量，m3s；Cd取0.4表示水滴下落时的拖拽系数；d＝2表示水滴的直径，mm；V＝6表示水滴下落的平均速度，ms；Ds第一井体的直径，m；Va表示第一井体中气压线性增长区域的平均气体流速，ms；P6按照公式10计算： 式中：H表示进水管到出流管的高度，m；kt表示弯肘段水流下落碰撞时的损失系数；Va、与三者之间的关系如公式6和公式7： 式中：DI表示进气管的直径，m；Ds第一井体的直径，m；DC表示第二井体的直径，m；S3、确定临界位置当水平管内的气体恰好处于临界状态时，水平管两侧气压PL与PL'的关系如公式8：PL＝PL'8计算得到L值，并验证L值，若此时L值位于气压线性增长段时，点位L即为水平管的临界位置；若此时L值位于气压线性增长段之外，选择所述第一方法重新获得L值；S4、确定可形成内循环气流时水平管的位置当水平管位于所述临界位置，或者置于临界位置与竖井顶端之间的任一位置时，竖井内的气流可以形成内循环气流。

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