波流环境中污染物混合的分析

本文根据垂向二维数值模型计算求解和分析了波流环境中的一维对流扩散方程中的混合系数。此二维数值模型采用非线性k-ε紊流模型封闭雷诺时均方程，应用VOF方法处理自由面。分析方法是用该二维模型计算波流环境中污染物瞬时源产生的浓度场，计算该浓度场的断面平均浓度，求此断面平均浓度的概率分布，由概率分布的方差随时间的导数得到一维对流扩散问题中的混合系数。通过算例分析，发现波流环境混合系数随着波浪周期和波 高的不同，可能大于纯流和纯波的混合系数之和，也可能比纯流情况下小；波周期与混合系数呈正比。且存在一个使混合系数最大的波高。     

磨刀门咸潮物理模型试验-Ⅱ径流量对咸潮上溯的影响

径流的大小是影响河口区咸潮入侵的主要因素。通过磨刀门咸潮物理模型试验,变化上游不同的恒定径流量,观测磨刀门河道咸潮运动规律和咸潮入侵强度的变化特点。试验结果表明流量变化引起的盐度变化上游大于下游,表层大于底层,大潮期间大于小潮期间,落潮阶段大于涨潮阶段。流量对咸界的影响则表现为,流量增加咸界下移,咸界距离河口越远下移幅度越大,咸界距河口最远时咸界下移幅度最大。     

磨刀门咸潮物理模型试验-Ⅰ模型设计与验证

介绍了磨刀门河口咸潮物理模型的设计要点,包括模型边界的确定、模型比尺的选取、模型供回水系统的设计等,并开展了模型验证试验,对验证点的流速、盐度垂线分布及其半月潮过程与原型相似程度进行了分析。验证结果表明:模型成果与原型吻合较好,模型设计合理,试验方法可行,模型可以开展相关咸潮研究试验,其模型设计与验证经验可供国内开展类似试验研究参考。     

磨刀门日潮平均盐度变化及驱动力分析

基于日潮平均的盐量输运方程,利用变量分离的方法分析实测资料,对磨刀门河口大小潮变化过程中引起日潮平均盐通量变化的驱动力进行了研究。结果显示磨刀门日潮平均盐度变化主要由平流输运和重力环流输运驱动,说明磨刀门河口是一个非稳态河口。大小潮变化过程中,从大潮转小潮的中潮阶段到下一个周期小潮转大潮的中潮阶段,重力环流作用大于平流输运作用,盐量在河口持续增加,各站点盐度持续增大;在小潮转大潮的中潮阶段到大潮转小潮的中潮阶段,平流输运作用大于重力环流作用,盐量在河口持续减少。咸潮上溯过程中,下游站点的纵向盐度梯度先于上游增大,也先于上游减小,上游站点盐度从增大变为减小的时间比下游站点有所滞后。     

西江磨刀门河口日均咸潮入侵距离与潮差的关系

为了探求磨刀门河口日平均盐水入侵距离与潮差的关系,基于动量守恒和盐量守恒条件推导得到了包含平流输运、重力环流和潮流剪切作用,适用于缓混合型河口的日均盐度输运理论模型。验证说明该模型能够准确预测磨刀门的日均咸潮入侵距离。应用该模型,采用数值实验的方法,分析了磨刀门盐水入侵距离与潮差的关系。结果表明同样径流量条件下,入侵距离在恒定大潮驱动时最小,恒定小潮驱动时最大。分析显示大潮差条件下,与平流输运相比,重力环流输运作用非常小,潮流离散输运作用在口门附近较大,但是沿口门向上游迅速衰减。小潮差条件下,重力环流在上下游站点都与平流输运同量级。因此小潮差条件下盐能够通过重力环流作用被输运到更远的上游位置,入侵距离比大潮差条件大得多。     

波浪环境中垂向紊动射流的三维数值模拟

实验结果显示在持续的波浪环境中污染物稀释度比无波环境有显著提高,但是关于波浪要素与污染物浓度分布之间的关系的研究还不充分,结论还不统一,需要在实验及数值计算等方面对这个课题作更深入的研究.本文采用非线性紊流模型和VOF方法建立了波浪环境中垂向紊动射流的三维数值模型,通过改变波浪参数做了大量的数值模拟实验.基于数值模拟结果,重点分析了射流初始稀释阶段污染物浓度分布和波浪要素的关系.     

枯水期磨刀门水道纵向盐度变化分析

以2005年西、北江三角洲网河区枯水期同步水文测验资料为基础,分析了磨刀门水道沿程测点在半月潮周期内分层余流、分层单宽盐通量与断面单宽盐通量的变化规律.实测数据表明,枯水期磨刀门水道下游底层余流以向陆为主,上游底层余流基本向海;全河段表层余流均向海.对断面单宽盐通量而言,中下游河段小潮阶段为负,大潮阶段为正.由此可见磨刀门水道咸潮是在小潮期上溯,而在大潮期消退.     

码头桩群对河道行洪与流场影响的三维数值模拟

采用三维标准k-ε紊流数学模型,引入气液两相流体积率模型跟踪自由水面,对建有高桩码头的河道流场进行数值模拟,并从流速分布和水位变化两方面对数值模拟和物理模型试验结果进行对比分析,验证了数学模型的可靠性和合理性。分析结果表明:高桩码头桩群对过水断面有"束窄"作用,桩群区外的流速急剧增大;水流进入桩群区一定距离后,存在一个速度的极小区域,在桩群影响远区,其流速沿程增大;当桩群长度一定时,桩群宽度越大,其阻水作用越大;当桩群宽度一定时,桩群长度越大,其阻水越明显。     

磨刀门河口瞬时盐度分层状态及其动力分析

建立可以反映河口盐度分层状态的混合需能方程,并推导得到其时间变化率与重力环流作用、潮流剪切作用和潮流紊动作用的关系模型。基于该模型可知,重力环流作用总是抑制混合,潮流紊动作用总是加强混合,潮流剪切作用在涨潮阶段加强混合,在落潮阶段抑制混合,这3种驱动力在潮汐变化过程中交替起控制主导作用,使得磨刀门瞬时盐度分层状态呈现时空多样性,日平均混合需能在中潮时最小,小潮时最强,大潮时远小于小潮,略大于中潮。     

波流环境中紊动射流的垂向二维数值模拟

实验显示在持续的波流环境中污染物稀释度比无波环境有显著提高，但是关于波浪要素与污染物浓度分布之间的关系的结论还不统一，还需要在实验及数值计算等方面对这个课题作更深入的研究。本文采用非线性双方程κ-ε。紊流模型和VOF方法建立了波流环境中紊动射流的垂向二维数值模型，模拟了波流环境下的紊动射流。通过和实验对比验证了数学模型。重点分析了射流初始稀释阶段污染物浓度分布和波浪要素的关系。