含油废水向水下扩散的实验研究

本文利用摄像结合数字图象处理技术，实测分析含油废水在混合水箱中的扩散浓度场，验证了水体的紊动作用是油滴向水下扩散的主要动力；实验及数值计算结果表明，混合水箱中的油紊动扩散系数Ｄｚ沿水深而增大，呈指数分布；油份浓度越大的含油废水越难向水下扩散，Ｄｚ含油废水的油份浓度呈指数衰减关系，而与紊动强度呈线性增加关系。     

紊动水体表面传质系数的实验研究

本文根据紊动扩散理论及气液界面质量传递过程，提出了紊动水体复氧过程的概化模型。在对紊动水体复氧过程的研究中，采用了将由分子扩散引起的氧传递和由紊动扩散引起的氧传递分别进行研究的新方法。根据在紊动诱发实验装置内进行的大量复氧实验及理论分析，分别确定了无紊动和不同紊动强度下的表面传质系数，并建立了表面传质系数与紊动动能之间的定量关系式。这一关系充分考虑了表面紊动动能对复氧的影响，对于研究紊动复氧水体表面传质系数、复氧过程及水体内溶解氧浓度的分布具有重要意义。     

水面有限长油膜下油滴浓度分布及其污染带的数值计算

本文在分析了围油栏上、下游水下油滴形成、输移扩散和上浮特征后,给出油滴输移扩散方程合理的求解条件,建立了四点差分格式,进行了数值计算和验证.按照正交试验表 L8(25) 进行了数值试验.经正交直观分析,采用因次分析和曲线拟合方法得到油滴污染带深度 (hmax)、相应点纵向坐标 (xc) 和反映下游 x＞L 时水面油浓度变化规律的参数 (α,n) 的经验公式.     

悬浮颗粒紊动扩散系数的随机分析

本文分析了紊动流场中无粘性的离散颗粒在重力和流体施加的随机力作用下沿垂向的运动,应用随机过程论研究颗粒的垂向紊动扩散.在一定条件下,令颗粒位移的概率密度所满足的Fo-kker-Planck方程与泥沙扩散方程等价,即可得到颗粒垂向紊动扩散系数表达式.表达式显示出的扩散系数随垂向脉动流速均方根值和颗粒粒径、密度而变化的趋势与实验结果吻合.     

侧式进/出水口扩散出流紊动强度变化规律研究

为探求侧式进/出水口紊动强度变化规律,构建了RSM紊流模型用于侧式进/出水口流向、横向及垂向三方向上紊动强度研究,分析了进/出水口三方向上紊动强度分布沿程变化,重点关注了拦污栅处紊动强度变化规律。研究发现边、中孔三向紊动强度各断面轮廓基本一致,横向与垂向的紊动强度均小于流向紊动强度。在沿程分布规律上,壁面附近紊动强度在扩散段有减小的趋势,孔口中间紊动强度逐渐增大,水流经过扩散段以后有回转趋势。水头损失与紊动强度呈正相关,紊动产生的水头损失先增大后减小,壁面产生的水头损失与断面平均流速呈正相关。在此基础上,探讨了孔口高度、隧洞坡角、雷诺数对进/出水口三向紊动强度的影响。结果表明,雷诺数、孔口高度、隧洞坡角基本不影响紊动强度场的断面分布及沿程变化规律,但会影响拦污栅断面处三向最大紊动强度值及其所在位置。     

长江口盐和泥沙密度分层对垂向紊动扩散的影响

为研究河口水域盐和泥沙的垂向密度分层对垂向紊动扩散的影响,基于长江口北槽12.5 m深水航道南侧的实测水沙盐资料,分析长江口北槽水域的盐度及含沙量垂向分布特征,并利用Richardson数和PP81方案的零方程模型计算垂向紊动扩散系数,研究北槽水域盐和泥沙的垂向密度分层对垂向紊动扩散的影响。结果表明：盐和泥沙垂向密度分层影响下,长江口北槽河段沿程水体的垂向紊动扩散系数由近底层向近表层增大,水体中盐和泥沙等物质的垂向密度分层在北槽中下游河段对水体垂向紊动扩散产生较为明显的抑制作用;盐的垂向密度分层对水体垂向紊动扩散系数的抑制影响程度为大潮小于小潮、涨潮大于落潮;泥沙垂向密度分层的抑制影响为大潮大于小潮、涨潮大于落潮;盐的垂向密度分层是抑制水体垂向紊动扩散的主要因素,清水和盐水条件下的垂向紊动扩散系数比值最大可达5;泥沙的抑制作用相对较弱,清水和浑水条件下的水体垂向紊动扩散系数比值最大为2,垂向紊动抑制影响最大区域出现在近底层;盐和泥沙综合作用下的垂向密度分层,对物质垂向紊动扩散抑制程度更为明显,抑制前后物质垂向紊动扩散系数的比值在北槽中段的近底层达到最大值（约22）。     

三峡库区支流中水体的垂向掺混对于藻类生长的影响

三峡水库蓄水之后库区支流水华问题给当地生态环境造成了较大影响,也引起了广泛的关注和重视,然而针对这一问题尚未取得很好的解释和解决方案。本文采用EFDC模型对于2008年坝前库区干支流的三维水动力和水质进行了数值模拟,并从水体垂向掺混的角度分析支流的水华现象。模拟结果成功再现了香溪河库湾中的温度分层和异重流现象,流场、温度场的计算值和实测值吻合较好。统计结果表明:长江干支流水动力特性的差异显著,干支流垂向紊动黏性系数、垂向紊动扩散系数沿垂线分布呈现出不同的形态,且长江干流的垂向掺混强度明显高于香溪河。同时,叶绿素浓度与垂向紊动扩散系数呈显著的负相关关系,随着水体垂向紊动扩散系数的增加,叶绿素浓度逐渐降低,这一规律的发现可为采用物理方法防治三峡库区支流水华打下基础。     

植被作用下的复式河槽漫滩水流紊动特性

分别选取塑料吸管、鸭毛和塑料大草模拟乔木、灌木和野草，通过水槽试验，探讨了不同滩地植物作用下的浸滩水流紊动特性。试验结果表明，纵向、横向和垂向三个方向的脉动流速基本满足正态分布；时均流速与采样时间的长短有关；横向动量交换比垂向动量交换大，横向动量基本上是主槽向滩地传递；不同的滩地植物对水流的紊动强度的影响不同。滩地种植植物后，水流的紊动强度增强。纵向和垂向的紊动强度相当，都服从S型分布。     

河流底流中重金属释放的水流紊动效应

紊动条件下，重金属释放主要决定于水流挟沙力和水流紊动力强度，通过动态试验，求得了水流挟沙力公式利用因次分析的方法，得出了同一时刻重金属释放浓度与水流紊动强度间的关系，以重金属释放动力学为基础，绘合河流中泥沙运动规律及水流紊动强度与重金属释放的关系，建立了水流紊动条件下重金属释放的动力学模型，以该模型描述不同系动条件下重金属释放的动力学过程，得到了满意结果。     

明渠气—水两相混合物掺气浓度分布的计算

本文应用紊动扩散方程，在假设流速及紊动扩散系数取值更符合实际分布的情况下，推导出明渠二维恒定流中掺气浓度分布的表达式．为了检验该数学模型的正确性，与实验资料进行了比较，结果表明，该模式的计算成果与实测资料吻合良好，这一研究成果对生产实践具有一定的指导性     

SIMULATION OF THE OIL SLICK MOVEMENT IN TIDAL WATER-WAYS

Based on particle approach and tidal flow model this article studies the behavior of the oil slick on the water surface in the Huangpu River,a tidal waterway in Shanghai.In order to track the oil slick motion,a two-dimensional oil trajectory model is used.The dynamical properties of spilled oil characterized by advection,oil spreading and turbulent diffusion are considered in the model.The simulation results consistent with the flume experimental data show that the model is applicable.Both simulation and ex...     

Anisotropic diffusion of volatile pollutants at air-water interface

The volatile pollutants that spill into natural waters cause water pollution. Air pollution arises from the water pollution because of volatilization. Mass exchange caused by turbulent fluctuation is stronger in the direction normal to the air-water interface than in other directions due to the large density difference between water and air. In order to explore the characteristics of anisotropic diffusion of the volatile pollutants at the air-water interface, the relationship between velocity gradient and mass transfer rate was established to calculate the turbulent mass diffusivity. A second-order accurate smooth transition differencing scheme (STDS) was proposed to guarantee the boundedness for the flow and mass transfer at the air-water interface. Simulations and experiments were performed to study the trichloroethylene (C₂HCl₃) release. By comparing the anisotropic coupling diffusion model, isotropic coupling diffusion model, and non-coupling diffusion model, the features of the transport of volatile pollutants at the air-water interface were determined. The results show that the anisotropic coupling diffusion model is more accurate than the isotropic coupling diffusion model and non-coupling diffusion model. Mass transfer significantly increases with the increase of the air-water relative velocity at a low relative velocity. However, at a higher relative velocity, an increase in the relative velocity has no effect on mass transfer.     

掺气坎射流出射角的修正方法

掺气坎后射流出射角受到来流水深和射流紊动扩散的影响,不等于挑坎的挑角,计算掺气空腔长度时,应该对出射角进行修正。而目前采用的考虑紊动扩散对出射角影响的修正方法存在不合理的假设。考虑到坎末水流流态为充分发展的紊流,射流边缘处于紊动能耗散区,提出了一种紊动扩散对出射角影响的修正方法。采用该方法计算的射流紊动扩散角与试验结果更吻合。对出射角修正后,结合简单的抛射体公式,就能较精确地估算掺气空腔长度。     

INFLUENCE OF COHERENT STRUCTURE ON SCALAR DIFFUSION IN TURBULENT BOUNDARY LAYERS

1.　ＩＮＴＲＯＤＵＣＴＩＯＮＴｈｅｔｕｒｂｕｌｅｎｔｃｏｈｅｒｅｎｔｓｔｒｕｃｔｕｒｅｗａｓｆｏｕｎｄａｎｄｒｅｓｅａｒｃｈｅｄｉｎｔｈｅｒｅｃｅｎｔｔｈｒｅｅｄｅｃａｄｅｓａｎｄｐｒｏｖｉｄｅｄａｓｔｒｏｎｇｉｍｐｅｔｕｓｆｏｒｆｕｒｔｈｅｒｓｔｕ...     

二滩水库水温结构及其影响因素研究

应用MIKE 3建立三维水温模型,对二滩水库水温结构进行数值模拟,发现该水库水温垂向分布呈现单温跃层和双温跃层两种型式。 气象要素、库区来水流量和水体温度、水库出流位置及流量大小等是影响水温结构的主要因素。夏季二滩水库随着上游来水水温的升高,水库水温相应升高,但在温度异重流和紊流扩散的双重作用下,是水库中层均温层水体温度同步升高。大坝出水位置的改变,将使库区流态发生变化,随着出水口位置的下移,水库来水和出流形成的纵向水流随之向库底下潜,水库中层均温层垂向厚度增加,对库底水温的干扰增强。     

细颗粒悬沙浓度分布的影响因素分析

从颗粒运动的PDF(概率密度分布函数)输运方程出发建立颗粒相的质量、动量和脉动速度二阶矩方程。对明渠二维恒定均匀流，利用垂向动量方程导出了修正的泥沙扩散方程，表明颗粒脉动强度梯度、升力、有效重力和紊动扩散都影响悬沙运动。理论和数值分析了细颗粒泥沙的密度、粒径、浓度，挟沙水流的水深和剪切流速等因素对泥沙扩散系数和浓度分布形状的影响，并定量分析了细颗粒试验资料，表明传统扩散方程在粒径、剪切流速相对较大、水深和水沙密度比较小的流动中存在较大误差，需要修正。     

二滩水库水温结构及其影响因素研究

采用三维水温模型，对二滩水库水温结构进行数值模拟，模拟了二滩水库水温结构特征，发现二滩水库水温垂向分布呈现单温跃层和双温跃层两种型式。研究了水库水温结构变化的影响因素，表明影响二滩水库水温结构的因素主要有气象要素、库区来水流量和水体温度、水库出流位置及流量大小等。夏季二滩水库随着上游来水水温的增大，水库水温相应增加，但在温度异重流和紊流扩散的双重作用下，仅是水库中层均温层水体温度同步增加。随着二滩水库大坝出水位置的改变，库区流态发生变化，随着出水口位置的下移，水库来水和出流形成的纵向水流随之向库底下潜，水库中层均温层垂向厚度增加，对库底水温的干扰增强。     

浓度及温度场问题三维数值模拟及应用

研究温度和污染物的扩散规律,对于健康河流具有十分重要的意义。在排水口附近,温度和污染物的扩散具有很强的三维性。在已开发的三维紊流水动力模型基础上,研制了浓度及温度场三维数学模型。在模型中,空度用来处理不规则边界,VOF用来处理自由面。另外,模型还采用了k-ε紊流模型和壁面函数。利用建立的模型,对水槽和天然的排水口附近的水位、流场、紊动能及其扩散率、温度场和浓度场的分布规律等进行了模拟和研究。通过研究进一步认识了排水口局部三维水流运动规律,浓度和温度扩散规律及分布。     

明渠自掺气水流掺气浓度分布Wood模型的改进研究

本文对明渠自掺气水流均匀流区掺气浓度分布的Wood计算模型建立中的两条基本假设进行了改进,在考虑掺气水流水气二相间相互作用的条件下,建立了气泡上浮速度和紊动扩散系数的计算式,并运用紊动扩散方程,导出了掺气均匀流掺气浓度分布的计算公式。计算值与实测值吻合良好。