雨水管网中周期性剧烈喷发现象的非定常动力学机制与多尺度模拟研究

本研究针对城市排水系统中周期性剧烈喷发(geyser)现象，通过实验与数值模拟相结合的方法，揭示了不同气压边界条件下喷发行为的形成机制。研究人员开发了包含跌落竖管(dropshaft)的封闭循环系统，发现连续供气在压头梯度(SAD<0.6%, SAI<1.6%)时产生周期性低强度喷发，而非连续供气在更高梯度(SAD>5%, SAI>3%)时形成爆炸性喷发，为排水系统安全设计提供了理论依据。

　　

通过实验与数值模拟方法揭示了雨水管网中周期性剧烈喷发(geyser)的动态特性。研究团队开发了包含PVC管道、跌落竖管(dropshaft)和恒压供水系统的封闭循环装置，首次引入无量纲参数实现不同尺度系统的喷发行为预测。实验表明：连续供气条件下当压头梯度(S_AD<0.6%, S_AI<1.6%)超过临界值时，系统产生低强度周期性喷发；而非连续供气会形成孤立气穴，在更高梯度阈值(S_AD>5%, S_AI>3%)下触发爆炸性非周期性喷发。该发现阐明了边界条件和供气方式对喷发强度与周期性的调控机制，为城市排水系统安全设计提供了重要理论支撑。