温度对黏性泥沙絮凝影响的机理研究

用格子玻耳兹曼方法,引入胶体作用理论(e Xtended Derjaguin-Landau-Verwey-Overbeek theory,XDLVO理论)模拟不同温度下两个黏性泥沙颗粒静水不等速沉降絮凝过程。结果表明,温度升高缩短泥沙絮凝时间,促进絮凝。同时分析了泥沙颗粒的运动轨迹、相对运动速度和颗粒间近距离作用力,探讨温度对泥沙絮凝的影响机理。分析结果认为温度升高一方面减小水体黏性系数,加大泥沙沉速,加快泥沙颗粒相互靠近;另一方面,增大泥沙颗粒表面吸附水膜厚度的同时,也增大泥沙颗粒之间的近距离排斥力,对吸附水膜厚度和排斥力影响的综合结果也促进了絮凝。     

盐度对伊利石不等速沉降絮凝的影响

盐度是影响粘性泥沙絮凝沉降的重要因素之一。将胶体化学中的XDLVO理论引入颗粒沉降三维格子玻尔兹曼模型,模拟黏土矿物质絮凝沉降过程,研究伊利石在不同盐度条件下的不等速絮凝沉降过程。模拟结果表明,伊利石黏结概率随着盐度先增加后保持不变,最佳絮凝盐度在5左右;伊利石絮凝形成的絮团粒径呈现双峰分布,盐度对粒径分布有一定影响。盐水中双电层排斥力受到抑制,起主要作用的是范德华吸引力,使得伊利石颗粒更容易产生絮凝,三维数值模型从细观尺度揭示了盐度对伊利石不等速沉降絮凝的影响机理。     

水体紊动对黏性泥沙絮凝影响研究

紊动水流中黏性泥沙絮凝沉降对河口海岸黏性泥沙输送过程起着十分重要的作用。建立了均匀各向同性紊流中黏性泥沙絮凝沉降的三维格子玻尔兹曼数学模型,模拟不同紊动剪切率对黏性泥沙絮凝过程的影响。模拟结果表明:随着紊动剪切率的增加,计算区域内絮团形成所需的时间先减少后增加,黏性泥沙沉降速度也呈现先减小后增大的趋势,剪切率的转折点在200s-1左右,与已有观测结果一致。模拟结果反映了低强度水体紊动对絮凝有促进作用而高强度水体紊动对絮凝有抑制作用。     

扁球体颗粒沉降形态的数值模拟研究

该文利用三维格子玻耳兹曼-大涡模拟模型对不同雷诺数下(Re=5-2685)扁球体颗粒的静水沉降进行了模拟.结果表明,随着雷诺数的增加(颗粒增大),扁球体颗粒会经历五种沉降状态:稳定下落、阻尼摆动、周期摆动、混乱下落和斜线滚落,此颗粒运动形态与已有研究结果一致.并通过分析颗粒和周围流场的相互作用,即沉降过程中颗粒位移和受力以及颗粒对周围流场的影响,得到颗粒不同沉降运动形态的形成原因:雷诺数较小时,颗粒对流场扰动小,流线分布对称,流场对颗粒的作用力对称,合力作用线接近重心,合力矩也较小,颗粒运动形态较规则;雷诺数较大时,颗粒对流场的影响明显,流场分布紊乱,流场对颗粒作用力更加复杂,外力和外力矩都较大,颗粒运动形态较为不规则.     

扁球体泥沙颗粒沉降的三维格子Boltzmann模型

应用格子Boltzmann方法(Lattice Boltzmann Method,LBM)模拟扁球体单颗粒沉降,并引入大涡模拟(Large Eddy Simulation,LES)描述较大颗粒沉降引起的尾流紊动,建立了扁球状泥沙颗粒沉降的三维数值模型。利用该模型对不同雷诺数下(1～7 580)扁球体泥沙颗粒的静水沉降进行了验证模拟。数值模拟结果与已有试验数据相比较,在泥沙颗粒沉降轨迹、沉降速度和阻力系数等方面有较好的一致性。