平流式沉淀池二维数值模拟——数学模型及计算方法的验证

建立描述沉淀池内的水流流动、混合与沉淀特性的k-ε双层模型及传质沉降模型,速度与压力解耦时使用了SIMPLE算法,采用交错网格技术布置变量,利用混合有限分析格式来离散求解所建立的数学模型.结合文献中经典的实验结果进行数学模型及计算方法的验证:首先检验了不同雷诺数范围内水流由池底进入时模型的预测能力,与Imam等的速度场 (Re=10900) 及挡板后方回流涡长度 (雷诺数从2500～25000) 进行了比较,验证了模型的有效性;与Imam等的实验及计算所得过流曲线进行了比较,结果表明本文预测的结果精度更高;低浓度污染物<150～200 mg/L时,固相对液相的影响可以忽略,所建立的沉降模型可以预测沉淀池内污染物的去除率,计算结果与其它文献值吻合良好;水流入口从池子中部进入时流场发生了变化,入口处出现了两个旋涡,预测结果也得到了验证.因此作者所建立的数学模型及求解方法可以用来预测沉淀池内低悬浮物固体浓度污水的流场,传质与沉降特性.     

淹没丁坝平面二维水流数值模拟研究

从平面二维水动力学方程组出发，根据有限元Galerkin加权余量法离散模型方程组，并利用Neron-Raphson迭代法求解，研究了淹没丁坝的水深平均的平面二维水流数学模型。设计了长18．0m，宽0．4m，高0．4。的实验水槽，利用水槽实验数据对水深平均的平面二维数学模型进行验证，结果表明模型计算结果与实测值吻合良好，模拟结果合理。由此可见，把水深平均的平面二维数学模型，结合Galerkjn加权余量法和Newton．Raphson迭代法来模拟淹没丁坝存在状态下的二维水流形态是合理的。     

圆形沉淀池内温差异重流与浮力流的数值模拟

为了了解圆形沉淀池内水流在无温差及存在温度差时的特点,建立了描述圆形沉淀池内水流运动的k-ε双层湍流数学模型,采用交错网格系统,压力与速度解耦时采用了SIMPLE方法,控制方程的求解方法为混合有限分析解法。对中心进水周边出水的圆形沉淀池的模拟结果表明所建立数学模型的模拟结果与文献中的资料吻合良好。在无温差时且低污染物浓度<150~200 mg/L时,池内存在一个很大的回流区;低温水进入高温水池时,常会产生异重流现象;高温水进入低温水池时,会产生浮力流现象。     

RESS法制备微细颗粒的喷嘴流动模型

通过对超临界流体快速膨胀法(rapid expansion of supercritical solution，RESS)流动过程的简化与分析，建立了喷嘴节流流动过程模型，一维定常过程数学模型的描述包括了锥体入口段、直管膨胀段和到达马赫盘位置的出口超音速膨胀段.给出了模型中的主要计算参数来源以及解算过程的基本思路.据此模型，在给定初值条件下，对各个阶段的流动状态进行模拟计算，得到了流体的密度、压力、温度、速度等参数沿喷嘴轴向的变化数据，并进行了初步验证.该模型和模拟过程能够为实现制备均一微细颗粒的实际操作条件和优化过程参数奠定基础.     

乳状液膜提取堆浸液中Cu^2＋的络合—扩散传质过程试验研究

对乳状液膜提取铜矿堆浸液中Cu^2 的传输过程进行了讨论，建立了Lix98N作流动载体提取Cu^2 的络合－扩散传质数学模型，并对该模型进行了实验验证，结果说明络合－扩散传质模型具有一定的普遍性。     

守恒性平面二维水流数学模型的研究

基于平面二维非恒定水流方程 ,结合实际应用需要 ,建立了一种守恒性较好的平面二维水流数学模型 ,并在概化河道和某一天然河道上对所建立的模型进行了验证 ,对验证结果和模型的性能作出了分析和评价 ,证明所建立的模型能处理复杂的边界条件 ,并能保证水量和动量守恒 ,具有良好的实用和推广价值     

感潮河道平面二维水流数学模型建立与验证

水流受潮汐影响明显的地区,在径流和潮流的共同作用下水流、泥沙的运动规律十分复杂。文中采用不规则三角形单元计算网格,运用有限元理论的数值计算方法,建立起二维水流数学模型。根据实测地形、水文资料,将所建模型应用于福建省闽江下游感潮河道淮安-亭江河段,对该河道的水流运动状况进行了模拟,并通过实测潮位和流速验证,结果表明模型能很好再现在径流和潮汐双重作用下的水流运动特征,模型的精度能满足工程实践的要求。本研究成果为后期进行泥沙数值模拟和航道整治工程数值模型研究提供了良好的基础。     

挡潮闸下游河道冲淤的数值模拟

就挡潮闸下游河道水沙运动建立了一维水沙数学模型,采用Preissmann四点隐式差分格式离散非恒定水流方程,追赶法求解,并结合有限分析法思想离散求解悬移质泥沙方程.水流方程中,上游边界条件通过闸门的开度来控制.泥沙方程中,考虑床沙粒径变化并对床沙级配进行了调整.应用该模型对姚江陶家路闸闸下河道的水位、含沙量和河床变形进行了计算和验证.验证结果显示,水位与实测吻合,含沙量与实测增长趋势一致,河床断面反映了断面的基本变化,冲淤量与实测资料比较相符.表明该模型对挡潮闸闸门控制及闸下河床变形估算具有一定的指导意义.     

不同弯度水渠二维水流运动数值模拟研究

为了研究水流对渠弯的影响,建立了水流运动的二维紊流数学模型,采用非结构网格有限体积法,通过实验室连续弯道的算例,验证了数学模型的正确性,并对4种不同弯度水渠的水流运动进行了数值模拟.结果表明,模拟值符合弯道水流运动的基本规律;在相同的水力参数下,随着渠弯角度的增加,水流对渠弯左岸的侵蚀明显降低;验证了在渠弯设计中对渠弯角度的规定是合理的.     

考虑下渗的一维河道水流数学模型

采用Green-Ampt下渗模型描述河道下渗,基于完整圣维南方程建立一维河道水流数学模型.为准确求解控制方程解中可能包含的激波与间断,采用有限体积法离散控制方程,使用具有总变差最小特性的SLIC数值格式求解通量.对坡面产流实验进行模拟从而验证模型.应用该模型对浊漳河西南源2场典型场次洪水进行数值模拟,计算结果和实测流量过程吻合良好,而传统不考虑下渗的水流数学模型计算结果与实测数据差异较大,表明该模型能更好地反映强烈下渗条件下洪水演进实际情况.对模型参数进行敏感性分析,计算结果显示糙率、Green-Ampt压力水头以及前期土湿对计算结果均有一定影响.该模型相较传统模型能准确模拟干旱和半干旱地区河道洪水演进的过程,具有推广应用价值.