多孔射流扩散器在宽浅型江河中排放特性研究

多孔射流扩散器排放城市污水是充分利用天然水体环境容量和自净能力的有效途径，本文以水槽试验资料为基础，分析了流动水体中多孔射流扩散器排污下游流场和浓度场的主要影响参数，根据多孔射流与环境水体的掺混稀释特性，采用虚拟扰动源的处理方法，给出了描述扩散器排放下游流速与浓度的分布公式，该公布公式的计算结果与实测值吻合较好。     

近区模型用于污水海洋排放扩散器结构概念设计的研究

污水海洋排放处置污水时需要分析排放口近区的稀释特性和水质，近区的稀释和污水场的形成与扩散器结构密切相关。提出用近区模型对污水海洋排放扩散器结构进行概念设计的方法，将扩散器结构与近区的稀释紧密联系。分析近区水质的各种要求以确定合适的扩散器结构，同时结合扩散器水力学和工程上的要求，优化扩散器的结构。概念设计对于工程的设计具有指导作用，采用概念设计优化扩散器结构的同时尽量减小对环境的影响。此外，作者还开发了用于概念设计的应用软件。     

岸边排放口近区流场和浓度场特性的分析

本文对各种全深度岸边正交、斜交排放问题应用了水深平均的k-ε紊流模型计算了排放口近区的流场和浓度场,并进行了试验量测,以实测值对计算所得的回流尺度及浓度分布结果作了对照。文中依据计算结果和实测资料分析了影响近区流场、浓度场的主要因素;提出了排放口对岸的影响可略去时河宽B_(cr)的估算式;指出了近区回流尺度的变化规律;对不受河宽影响的近区导出了计算射流轨迹的公式。     

竖管式扩散器排放近区数值模拟研究

结合我国排放口设计的发展方向，通过数值模拟方法研究了竖管式多孔扩散器排放近区的稀释特性和数值预报模型。针对前人二维当量长孔浮射流理论不能考虑扩散器附近单个浮射流的混合特征的不足之处，提出了多孔浮射流混合前后的耦合模拟方法，建立了竖管式扩散器排放近区单侧混合的数值模型，并通过模型试验加以验证。结果表明，数值计算成果与模型试验成果基本一致，可以直接用于竖管式扩散器表层初始稀释度的预报。     

弯道流水域热浮力排放扩散器参数优化物理模型试验研究

弯道河流水域排放口布置常选择在弯道凹岸侧,以充分利用弯道环流加快稀释,然而弯道环流条件下排放口近区稀释特性与均匀流条件下存在较大差异,相关研究较少。本文在大比例尺物理模型试验中模拟复杂地形和弯道流动条件下扩散器热浮力排放近区稀释规律,采用平面激光诱导荧光(Planar Laser Induced Fluorescence,PLIF)技术进行断面浓度测量,分析了弯道环流对近区浮射流稀释扩散的影响,对扩散器出流仰角、出流水平方位角和离岸距离等进行了优化,在此基础上提出了适用于弯道水域地形条件热浮力排放的近水平非等高多喷口离岸向排放型式。研究结果对于类似弯道水域热浮力排放扩散器优化研究具有参考意义。     

河道扩散器排放近区掺混稀释特性的试验研究

结合我国河道排放的发展方向,本文进行系统试验以研究多孔扩散器在有限水深且有限宽度水域水平潜没排放的近区掺混稀释特性。通过试验观测,分析近区掺混稀释的影响因素,提出判别近区流态变化的影响参数,得到近区稀释度变化的影响规律,为排放工作研究和设计提供了可靠的依据。     

污水海洋处置近区初始稀释研究

通过物理模型试验和应用CORMIX专家系统、ROBERT模型 ,研究台湾高雄在现阶段规划排放污水量的情况下 ,高雄 6 0 0m长 ,设 15 0根上升管的交错式放流管在不同的排放量和不同的环境水流条件下 ,污水的初始稀释效果。研究结果表明 :高雄交错式放流管能取得较好的稀释效果 ,物理模型试验模拟和近区稀释模型系统数值模拟结果吻合较好 ;分析均匀环境下影响密排型多孔扩散器稀释效果的控制参数 ;根据减少上升管的根数 ,增加上升管上的喷口个数来取得相近的稀释效果的现代海洋放流管设计理念 ,对高雄第三期排海工程的设计方案提出改进方案 ,即每根上升管上设 6个喷口 ,6 0 0m长扩散器上设 5 0根上升管 ,并进行模型试验。研究结果表明 :改进后的扩散器大大减少了上升管根数仍能取得较好的稀释效果。文中对上升管上多个喷口的扩散器的近区稀释进行理论分析 ,推导出在类似长江口环境下上升管布设多个喷口的扩散器的近区稀释度公式。在试验研究和理论分析的基础上 ,根据实测及理论计算对长江口白龙港放流管系统的稀释状况进行后评估。运用长度尺度理论初步分析在盐度分层环境中污水经淹没多孔扩散器的初始稀释 ,在文中推导出多孔扩散器初始稀释特征参数的一般公式     

孟加拉湾巴瑞萨河口温排放初始稀释特性研究

为提高温排放的初始稀释度、减小排口近区超标区域,扩散器常被用于电厂排海工程。本文采用CORMIX经验模型与Realizable k-ε紊流模型相结合的方法,开展了孟加拉湾河口水域燃煤电厂排水扩散器的参数优化及温排水稀释特性研究。首先分析了扩散器长度、出流角度、出流流速等参数对初始稀释的影响,并对扩散器型式进行了比选,提出潮汐水域采用交错型扩散器有利于增大近区稀释度。针对推荐扩散器,研究依据准恒定假设,模拟了涨潮、高平、落潮、低平四个特征潮态的温排水稀释扩散过程。结果表明:不同潮态的温度场空间结构、温升分布及稀释效果具有显著差异,低平潮对温排水掺混稀释最为不利;涨潮与落潮时顺流向与逆流向的喷口射流结构也不尽相同,顺流向射流更加细长。研究成果可为电厂排放口工程设计与环境影响评价提供技术支撑,也可为浅水型海域扩散器选型提供参考。     

挟沙水流卡门常数的理论研究

挟沙水流的流速分布,特别是其中的卡门常数,一直是冲积河流水力学研究的热点问题之一.实测资料表明挟沙水流流速分布仍遵循对数流速分布规律,但在主流区的卡门常数要小于清水时的卡门常数,而在近底区的卡门常数与清水基本一致.在引入颗粒切应力的基础上,从理论上推导了同时适用于主流区和近底区的统一流速分布模型.利用该流速分布模型,得到挟沙水流的卡门常数沿垂线是变化的结论,即从近底区的约0.4渐变到主流区的小于0.4.并给出了主流区卡门常数的理论表达式,认为主流区卡门常数与近底区的泥沙浓度和泥沙粒径有关.该卡门常数的理论公式与实测资料较为吻合.     

排海工程等截面扩散器防淤改进措施研究

排海工程等截面扩散器在排放未经处理的污水时，会形成沿程递增的淤床，污水排放量较小时，淤床高度会影响上升管的正常出流。结合嘉兴市排海工程，通过河工模型试验，对减少扩散器泥沙淤积的措施进行了研究。认为，扩散器尾部改进型式能起到一定的降低尾部淤床高度的作用，能够改善上升管出流条件：定期冲洗有助于防止泥沙严重淤积；扩散器上升管喷口数分布不等明显降低尾部淤床高度，改善尾部上升管出流条件。     

弱环境流速水域内陆核电厂液态流出物排放设计优化研究

理论和实践经验均表明,内陆核电厂采用多孔扩散器有利于加快近排放口区域液态流出物的掺混稀释。基于美国环保署推荐的近区模拟工具——CORMIX专家系统,对低环境流速水文条件下的内陆核电厂的多孔扩散器开展了研究。分析表明:对于近岸布置的多孔扩散器,在低环境流速、相对较强射流以及水深较深条件下,(1)扩散器主管长度Ln与排放口下游断面的最小相对稀释比例H呈正相关,喷口直径D与H呈负相关,喷口水深HD与H呈正相关;在排热量相同的情况下,流量Q与H呈正相关。(2)对于排放口下游1 000 m断面处的最小相对稀释比例H1 000 m,各几何参数灵敏度由高到低排序为,喷口直径D、喷口数量n、主管长度Ln。研究结论可供内陆核电厂液态流出物排放工程的设计及优化参考。     

大坡降复合式水平旋流内消能泄洪洞阻塞扩散段试验研究

以两河口水电站3#导流洞改建为复合式大坡降水平旋流内消能泄洪洞为例,对大坡降水平旋流洞末端和导流洞之间的衔接方式进行了试验研究。提出了阻塞渐扩和阻塞突扩两种不同的衔接方式,并对两种旋流扩散体型局部流态及壁面压强、断面掺气浓度、旋流扩散轨迹等水力特性进行了量测与分析,得到各体型旋流扩散段流态及各项水力特性随上游水位变化的基本规律。     

大坡降复合式水平旋流内消能泄洪洞阻塞扩散段试验研究

以两河口水电站3#导流洞改建为复合式大坡降水平旋流内消能泄洪洞为例,对大坡降水平旋流洞末端和导流洞之间的衔接方式进行了试验研究。提出了阻塞渐扩和阻塞突扩两种不同的衔接方式,并对两种旋流扩散体型局部流态及壁面压强、断面掺气浓度、旋流扩散轨迹等水力特性进行了量测与分析,得到各体型旋流扩散段流态及各项水力特性随上游水位变化的基本规律。     

轴流式水轮机导流罩与叶轮尾流流场仿真研究

文中提出一种新型轴流、悬浮式潮流能水轮机结构,为提高其潮流能利用效率,采用CFD技术对水轮机外围流线型导流罩内流场与叶轮尾流场进行数值仿真研究。通过对比拟定的10种不同线型导流罩,发现收缩段和扩散段的进出口曲线前后连接点比例mx为0.3的双三次曲线导流罩内流场更加稳定、均匀。为进一步研究导流罩的聚能作用与叶轮尾流场的速度分布情况,实施了有、无导流罩工况下水轮机的数值仿真,结果显示:距离叶轮下游边缘1.25D(D为叶片直径)以内的流场域流速有显著的改变,且加装双三次曲线0.3mx=线型导流罩,水轮机较敞水工况输出功率提高约29%。相关的拖曳水池模型试验验证了数值仿真方法的有效性。     

某水库泄洪明渠末端扩散段急流控导试验研究

通过对某水库泄洪排沙系统的水力模型进行试验研究,发现陡槽明渠末端扩散过渡段水流流态不稳,主流贴岸冲刷严重,为了保证泄流系统的正常运行与堤防安全,必须协调好扩散过渡段前后的水流衔接。基于急流控导理论,提出了边岸导流、水下潜没控制两个控导方案。模型试验研究表明在扩散段加设管桩坝,可以将扩散段主流导向扩散段中央,边岸流速有所减小;采用创新性的组合潜没三角翼在均衡水流和抑制边界层分离都有很好的效果,实现了主流居中稳定、大大减轻了扩散段末端护坦冲刷和右边岸堤防冲刷,研究成果对解决同类型工程问题有一定的借鉴意义。     

A NOVEL DESIGN OF COMPOSITE WATER TURBINE USING CFD

This paper presents computational investigation of a novel design of composite material axial water turbine using Computational Fluid Dynamics(CFD).Based on three-dimensional numerical flow analysis,the flow characteristics through the water turbine with nozzle,wheel and diffuser are predicted.The extract power and torque of a composite water turbine at different rotating speeds were calculated and analyzed for a specific flow speed.The simulation results show that using nozzle and diffuser can increase the pressure drop across the turbine and extract more power from available water energy.These results provide a fundamental understanding of the composite water turbine,and this design and analysis method is used in the design process.