波浪作用下双孔射流压强特性试验研究

管道污水向海排放是一种典型的射流运动形式。在射流前行的过程中,波浪所引起的水体往复运动明显制约了射流的形成与发展,射流与波浪的相互作用的研究相对较少。利用数字压力传感器对波浪作用下双孔射流进行物理模型试验研究,分析波浪作用下双孔射流横断面压强分布及轴线衰减规律。试验结果表明:波浪条件下双孔射流横断面压强分布规律与静水条件相似,但是波浪条件下的射流压强大于静水条件下的射流压强,波周期越大,压强峰值增加越大;双孔射流的发展经历了单孔主导、双孔射流间的吸附和混掺、合并等过程;单孔主导区,射流压强分布与静水条件相似;吸附和掺混区,各孔衰减呈现出差异,第1孔与单孔射流类似,第2孔压强衰减较第1孔小,合并区双孔射流已为一股射流,其水动力特性与单孔射流类似;波浪对双孔射流的混掺合并有促进影响,随着周期的增大这种促进作用有增强的趋势,波周期的增大也使得射流合并断面提早出现。表明波周期对射流压强特性有显著影响。     

不规则波作用下垂向圆管射流的试验研究

利用三维超声波测速仪(ADV)对不规则波作用下垂向圆管射流的流场进行了测量.通过与静水条件下圆管射流流场的比较,发现在不规则波作用下射流轴线速度明显减小、射流范围相应增大、周围水体对射流的稀释能力也明显增强;随着波浪强度的增大,射流紊动强度有所加强,而峰值位置则逐渐前移.本文采用因次分析方法对试验数据进行了分析,通过引入长度尺度lm将波浪作用下的射流划分成三个区域:z/lm≤0.1为射流主导段;0.11为波浪主导段.通过对试验数据的曲线拟合,建立了各个区域段内射流轴线流速和射流宽度的经验公式.     

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.     

均匀横流环境中铅直圆形射流数值研究

本文采用标准k-ε模型及混合有限分析法对均匀横流环境中铅直圆形射流进行了系统的数值研究。所得射流轨迹线与实验资料吻合很好，且与理论分析得到的（z/D)∞（x/D）^1/3是一致的，文中得出了各种射流比情况下的射流轨迹线，对称面上射流影响区域内外边界线的统一表达式，得出了水平面上示踪质影响的最大宽度，射流横断面浓度最大值偏离射流中心线的偏离值与射流比的关系式，得出了沿射流轨迹线示综质浓度与质点所经相对路径长成线性关系的结果。还得出了射流是否发生附壁及产生分叉现象的界限值。文中数值结果清晰地显示射流背流面存在马蹄形的流动结构。     

不规则波作用下垂向圆管浮射流的试验研究

本文在已完成的不规则波作用下垂向圆管非浮射流试验研究的基础上，进一步对相同条件下垂向圆管浮射流的水动力特性进行试验研究。通过对比不同波浪条件下平均流速场和浓度场的变化，发现随着波浪作用的增强，浮射流轴线速度明显减小，其影响范围相应增大，周围水体对浮射流的稀释能力亦明显增强；通过引入特征速度和新定义的特征长度，拟合得到了不规则波作用下浮射流轴线流速，射流宽度以及轴线稀释度等一系列的经验公式，它们可为将来的工程应用、试验对比以及数值模拟提供重要的试验参考。     

不规则波作用下垂向圆管浮射流的试验研究

在不规则波作用下垂向圆管非浮射流试验研究的基础上,进一步对相同条件下垂向圆管浮射流的水动力特性进行试验研究.通过对比不同波浪条件下平均流速场和浓度场的变化,发现随着波浪作用的增强,浮射流轴线速度明显减小,其影响范围相应增大,周围水体对浮射流的稀释能力亦明显增强;通过引入特征速度和新定义的特征长度,拟合得到了不规则波作用下浮射流轴线流速、射流宽度以及轴线稀释度等一系列的经验公式,它们可为将来的工程应用、试验对比以及数值模拟提供重要的试验参考.     

静止浅水环境中铅垂紊动射流的试验研究

对静止均匀浅水域中的铅垂紊动射流进行了试验研究，得到了水面的隆起高度与射流出口单位能量和相对水深的函数关系，验证了隆起高度满足高斯分布，具有自相似性，并给出了统一表达式；借助于三维测速仪，得到了射流中心平面流场，结果表明射流中线流速的衰减比自由射流为快，随着射流出口流量的增加，射流出口处涡量亦增大。     

双射流流动结构实验研究

应用PIV实验方法对由直射流和同心的环状旋转射流组成的双射流流场进行了测量,并分析研究了流场的速度和旋度变化规律。分析表明,双射流等速核长度较小,仪约为5倍喷距;随喷距的增加其多股射流特性逐渐减弱,其主要原因为直射流和旋转射流在交界面上很强的剪切作用;旋转射流的径向发展因受直射流吸附作用的影响而减小,相应直射流速度在喷嘴轴线上的衰减则增加。在4-6倍喷距间的旋转射流速度突然下降和相应位置处旋度场的涡环都显示该处可能存在较强的空化现象,而大大提升双射流的能力。     

面向极端波浪模拟的圆形全向聚焦波合成算法与试验研究

为再现极端聚焦波浪,基于传统二维双叠加聚焦法,改进谱峰频率、频带、波幅分配方法等,创新研发了圆形全向聚焦波合成算法。该算法实现了极端聚焦波与图形类聚焦波的模拟生成,如单峰聚焦波、双峰聚焦波、偏心聚焦波、旋转聚焦波、D形类聚焦波等多种聚焦波形,并可对聚焦位置、高度、直径、垂直度等波浪形态进行精准控制,且能模拟强非线性波,生成高达10 m的上冲射流,冲速达到13.8 m/s,亦可模拟常规波形,包括旋转波、驻波等规则波,满足传统波浪试验的需求。     

静止环境中垂直平面浮力射流稳定性与混合特性数值研究

针对不同的射流参数和环境流体参数下的有限深平面垂直射流，采用混合有限分析法对近区以稳定浮力表面层形式排放和由于近区漩涡产生二次吸附的非稳定排放两种流动形态的混合流体的流速场和温度场进行了数值模拟。结果表明近区排放稳定性主要取决于排放佛汝德数和相对淹没度，而与受纳水体的远区几何形状无关；受纳水体的远区几何形状只对排放水体的混合性质产生影响，这一点对非稳定排放尤其显著。所得结果与Jirka和Harleman的理论分析和试验结果十分吻合，说明所采用数值方法可对平面浮力射流的流动现象进行完整的预报。     

动水环境中有限宽窄缝湍射流的水力特性研究

本文采用粒子图像测速(PIV)系统，在分析了水中粒子跟随性的基础上，对动水环境中多种喷口长度和流速比情况下的有限宽窄缝湍射流近区流场进行测试，并结合数值模拟结果分析讨论了动水环境中有限宽窄缝湍射流的近场三维流动特性。在实验观测的流速比范围内，射流势流核长度随着流速比的增加而增大并逐渐趋近于平面自由湍射流的势流核长度，雷诺数对射流的发展轨迹影响很小，射流发展主要由流速比控制。同时，给出了射流背流面逆流区长度与流速比、喷口形状因子之间的关系。     

多向聚焦波浪作用下直立圆柱受力的实验研究

利用波能聚焦的方法在水池中模拟产生多向聚焦波浪,研究了多向极限大波作用在垂直圆柱上引起的波浪力的特点。实验中研究了不同的波浪参数,如聚焦波幅、谱峰频率、频率宽度和方向分布等多向聚焦波浪对圆柱作用的影响,并将实验结果与二维实验结果进行了比较。结果表明聚焦波浪参数对圆柱作用力具有明显的影响,并且实验结果与二维规则波结果相当,但比二维聚焦波浪实验结果要小。     

流动环境中二维铅垂射流的试验研究及数值模拟

使用超声测速仪（Micro ADV）对流动环境中二维铅垂射流进行了试验研究，得出了流速比为8时的流速分布图等资料。进而采用标准κ-ε湍流模型对该类流动进行数值模拟和对比研究，给出了涡心位置、分离点位置以及出露长度与射流比的函数关系式；并选用涡心和分离点两个断面，分析了κ方程和ε方程中诸项的作用，结果表明产生项和耗散项的贡献是主要的。扩散项的总贡献为零，只起到能量扩散作用。     

斜向随机波对直立堤作用的试验研究

通过斜向随机波对直立堤作用的试验，研究了作用在直立堤上的单位堤长波浪力随波浪入射角的变化．讨论了波浪力沿堤长的纵向分布，以及单元堤长对波浪力纵向折减的影响．给出了波浪力纵向分布系数和折减系数与相对堤长的关系式．