夏季典型风场下引江济太工程对贡湖湾水动力特征的影响

为探究引江济太工程对贡湖湾水动力特征的影响规律，以贡湖湾为例，基于太湖风生流物理模型分析了夏季典型风场下不同风速和望虞河引水流量作用时对贡湖湾的水动力特征影响范围和湾内垂向流速、平面环流分布的影响规律。结果表明，望虞河引水流量的变化对贡湖湾水动力特征的影响范围主要在近区和中区，对大太湖影响较小；引江济太工程的实施能显著改变近区和中区内望虞河出口轴线上的垂向流速分布特征，但对交界断面处垂向流速分布特征无影响；贡湖湾内平面环流特征受风速和引水流量的共同影响，风速和引水流量的变化对平面环流的面积、位置和形状影响显著。研究结果可为评价引江济太工程对贡湖湾水环境的影响提供水动力方面的理论支撑。     

浅水湖泊风生流强度数值模拟及工程应用

针对浅水湖泊风生流对改善湖泊水环境的积极作用,基于水动力模型,建立了二维浅水湖泊风生流数值模型,利用单一变量控制法,综合分析了地形、风向、补水流量等影响浅水湖泊风生流的主要影响因素。以南方某城市浅水湖泊为例,模拟分析了不同方案下的风生流环流强度和流场特性,并由多方案效果综合分析和方案优化,提出了改善湖泊水环境的最佳工程与调控方案。     

基于数值模拟的风生流场的量化特性及参数优化分析

为研究风生流场的量化特性,数值模拟了矩形水槽风生流场,分析了风生流数值模拟中风应力拖曳系数和垂向紊动粘性系数两个主要参数的误差。结果表明,风生流场垂向流速分布呈抛物线形,断面平均流速为零,流速回旋中心位于水深1/3处,存在最大正向流速和最小反向流速且流速比为2.41。通过分析风应力拖曳系数和垂向紊动粘性系数误差对数值模拟结果的影响,研究了快速实现风生流数值模拟参数优化的方法。对香溪河流速分布的模拟分析,验证了该流速中存在风生流场,且通过参数优化方法快速实现了风生流参数的优化,与实测值对比表明该方法的精度较高。     

风场和吞吐流对狭长型雁鸣湖流场的影响

基于二维非结构网格水动力模型,对实测风场和吞吐流作用下的雁鸣湖进行流场数值模拟,水位模拟结果与实测结果拟合较好,说明该模型能够反映雁鸣湖水动力变化过程。在此基础上定量研究不同风速、风向、吞吐流对雁鸣湖水动力的影响。研究表明,风对湖泊流场的变化起主导作用,其中风速是影响湖泊流速的主要因素;风向对湖泊环流的方向起主导作用;吞吐流是调节水环境的主要手段,对整体湖流影响较小,但对于局部水域有一定的影响。因此,在常年主导风向下,适当地增加吞吐流有利于改善湖泊流场。     

东湖水环境动力学特征研究

利用二维湖泊浅水动力学模型和二阶有限差分格式对武汉市东湖的风生流进行了初步的模拟计算。模拟结果表明,在2.5 m/s的定常NNE风作用下,1 h后东湖开敞湖区开始形成固定的环流;3~4 h后东湖水体形成流速在厘米量级的稳定的风生环流。东湖水环境动力学特征的初步研究结果为东湖的水生态环境保护与修复提供了技术支持。     

生态补水措施对杞麓湖水质改善效果的模拟分析

为明确大龙潭生态补水工程及滇中引水工程措施对杞麓湖水质的影响,利用MIKE21水环境模型软件,构建杞麓湖二维水动力水质模型,定量研究水动力变化对湖泊流场及水质的影响。结果表明,杞麓湖以风生湖流为主,所建引水工程对杞麓湖整个流场无明显影响;叠加式采取大龙潭生态补水工程和滇中引水工程后(方案3、5),污染物平均浓度略有降低,但改善作用有限;采取相关水污染治理规划措施后(方案2、4、6),污染物平均浓度下降明显,湖体水质从劣Ⅴ类升至Ⅲ类。考虑杞麓湖水量平衡的因素,建议其水质改善必须坚持"水污染控制为主、生态补水为辅"的方针。     

水网连通工程对大东湖水动力影响的研究

为研究水网连通工程对大东湖水动力条件的影响范围和程度,建立了大东湖水动力模型,并对模型进行了率定和验证,对比分析水网连通前后流场的变化,阐述实施大东湖调度方案对大东湖各子湖泊水动力条件的影响。结果表明,调水后大东湖水流加快,与原处于封闭情况下的风生流场有很大区别,在考虑风生流场情况下水网连通工程实施后大东湖水系流速大于0.01 m/s的水面面积比连通前扩大了一倍以上,为大东湖生态水网工程的运行调度提供了参考。     

三种紊流模型模拟溢流坝泄流精度的对比分析

为研究不同紊流模型对溢流坝泄洪数值模拟的适用性和准确度,采用标准κ-ε模型、RNGκ-ε模型及大涡模拟(LES)模型等3种经典紊流模型对某溢流坝泄流过程进行数值模拟;同时,将数值模拟出的溢流坝坝面的水流流态、流速及坝面压强等溢流坝泄流过程的重要水力指标结果与物理模型试验结果进行对比分析。结果表明,RNGκ-ε模型对溢流坝泄流的流态模拟效果最好,与物理模型试验结果最为一致;LES模型对坝面水流流速、坝面压强及空化数的模拟效果最好;采用标准κ-ε模型模拟出的各个指标精度最低。因此,针对溢流坝泄流过程数值模拟,应优先采用RNGκ-ε模型和LES模型。     

风对南水北调东线工程东平湖输水流场影响的模拟

在东平湖正常设计调水条件下,借助于SMS地表水软件,根据东平湖地形、植被覆盖和调水流向等特征对东平湖进行网格划分,建立了二维水流模型,研究了不同风速、风向对东平湖输水流场的影响。结果表明,当湖区风速为3m/s(一般天气)时,风速、风向基本不会对东平湖输水流场产生影响;当湖区风速达10 m/s(极端天气)时,风速、风向对东平湖输水流场的影响很小,引起的湖水位变幅在5%以下。可见在正常设计调水条件下,风生流对东平湖湖区流场的影响可以忽略,在模拟研究湖区水质(溶质类污染物)时可以不考虑风的影响。     

电除尘器内部流动特性的数值模拟

针对电除尘器内部流场运动规律,采用基于有限元法的COMSOL软件对电除尘器三维模型进行数值模拟,分析了主流速度和电流体动力学(EHD)流对电除尘器内部流场的影响。通过泊松方程与电流连续性方程耦合模拟电晕放电,采用稳态不可压缩Navier-Stokes方程和标准k-?湍流模型求解气流流动,运用流体流动粒子追踪模块模拟粒子运动轨迹。结果表明:随着通道入口流速的增大,二次EHD流影响逐渐减小,主流流速达到1 m/s时,EHD流影响消失,主流速度占据主导地位;对于1μm粒径的粒子,随着入口流速从0.3 m/s提升到1 m/s,收集效率由48%降低到15%;有无EHD流对于粒径小于10μm粒子收集效率的影响可忽略不计。     

2007年水危机后太湖水质评价

基于2007～2009年太湖9个湖区33个监测点水质监测数据,采用单因子评价法结合内梅罗污染指数法,对2007年水危机后太湖水质进行评价。结果表明,太湖水体的主要污染指标为TN和TP;2008、2009年相对于水危机年2007年,水质整体逐步好转;9个湖区水质状况及发展状况各不相同,梅梁湖、竺山湖和西部沿岸区是整个太湖水体污染较严重的湖区,一直处于严重污染状态。     

基于遗传算法的入湖河各口水环境容量计算模型及应用

针对传统计算入湖河口水环境容量采用混合区控制方法存在计算量和误差大的问题,提出一种以遗传算法为基础的湖泊污染源控制方法,基于反问题理念将遗传算法与湖泊二维水质模型相结合,仅需调用一次水量水质模型,即可计算入湖各河口的水环境容量。以太湖为例,构建了基于遗传算法的入湖各河口水环境容量计算模型,计算结果表明该模型简便、效率高,获得了太湖主要入湖各河口的COD水环境容量由大到小的排序规律。     

山水气林田湖草城系统治理工程技术研究

本文对“山水气林田湖草城”系统治理的理论与工程技术进行了全面深入地研究.提出了修复山形地貌、净化水体质量、调节大气成分、优化森林结构、改良农田土质、重建湖域生态、扩大种草面积、完善城市规划的方法.对“山水气林田湖草城”进行整体保护、系统恢复、综合治理;量化生态资源的隐性价值;发展新气候经济;实施碳热氧产品交易;设立碳热氧税制度;建立经济生产总值与生态生产总值平衡发展体系;创建零碳模式;使人与植物、动物、微生物和自然环境之间,生物各个种群之间,生态诸子系统之间,通过能量流动、物质循环和信息传递达到高度适应、协调和统一的平衡状态,减弱减少自然灾害,延长人类在地球上的生存时间.     

住宅小区人工湖流场数值模拟分析

鉴于良好的水体流动性是保持人工湖水质的基础,以天津市某住宅小区人工湖系统为例,应用MIKE21水动力模型模拟了人工水循环过程,分析对比了多方案、多工况下的流速分布,依据分析结果,对人工水循环运行中存在的问题给出了相应的建议,并提出了优化运行方案,为人工水循环的建设、改进和有效运行提供了依据。     

基于不确定分析的改进灰水足迹模型及应用

鉴于传统的灰水足迹模型难以处理具有不确定性的灰水足迹评价问题,基于不确定性分析理论,提出了改进的灰水足迹模型,并将其应用于太湖流域的水质性缺水研究中。结果表明,与传统的灰水足迹模型相比,改进的灰水足迹模型通过引入不确定性分析理论,能更准确地计算污染物的灰水足迹期望和水质性缺水风险概率,从而量化研究区域的综合水质性缺水程度;2010～2014年太湖流域的水质性缺水风险概率分别为1.00、1.00、0.93、0.97、0.82,其中总氮的灰水足迹期望依次为676.7×108、592.6×108、576.3×108、463.9×108、503.7×108 m3,为太湖流域水质性缺水的主要诱因;改进的灰水足迹模型与水功能区水质达标率模型评价结果基本一致,能准确有效地量化研究区域的水质性缺水状况。     

太湖上游练湖综合治理方案及实施效果

从改善入太湖水质、推进流域生态文明建设、保障区域供水安全三方面分析了练湖综合整治的必要性,提出了退渔(垦)还湖工程、生态重建工程、河道整治工程和水源地建设工程等综合整治方案,并分析了方案的实施效果,为太湖流域上游湖库整治提供了参考依据。     

基于EFDC模型的天镜湖水动力优化调控方案研究

太仓市天镜湖以长江水为水源,补水量只能维持蒸发渗透水量,湖水基本不动,水体极易处于高度富营养化状态。针对该湖现有问题,利用环境流体力学模型(EFDC模型)建立了天镜湖的三维非稳态水量、水龄、污染物颗粒追踪数学模型,对天镜湖水动力优化调控方案进行了模拟(模拟内容包括水位、流速和水龄)。模拟结果表明,通过浏河闸开启向天镜湖引水能够在一定程度上加强湖入口和中心区域的水体流动性能,且浏河闸开启的时间越长效果越好,但引水对天镜湖内部(远离入口处)区域的水动力无明显的改善作用;在西南风条件下,开启浏河闸引水对湖区的水动力改善效果最好;在现状条件下,湖区中存在多处水体交换差的区域(集中在湖周边和远离入口的地方),可能成为天镜湖潜在的水体富营养化高发区。     

Thermosolutal flow in steel ingots and the formation of mesosegregates

The influence of the thermosolutal convection of the liquid steel in the solidifying core of a 3.3-ton ingot on the formation of banded mesosegregates is investigated by a multiscale solidification model. We first show how the thermosolutal flow structure in the solidifying core depends on the relation between the interacting thermal and solutal buoyancy forces and the coupling by the phase-change kinetics. We further show that banded mesosegregates are triggered by instabilities of the solidification front, that their location is determined by flow instabilities, and that their “A” or “V” orientation depends on the global direction of the flow circulation. Moreover, the results show that local remelting is not necessary to develop a channel mesosegregate. Destabilization of the mushy zone with local variations of the solidification velocity is sufficient.