横流环境下振荡射流初始稀释规律

横流环境下振荡射流的运动和稀释特性研究对于提高排放工程稀释能力非常重要。利用三维大涡数学模型研究了横流环境下振荡射流的初始稀释规律, 探讨了各参数对射流稀释效果的影响; 通过引入射流特征速度与特征长度并进行量纲分析, 得到了横流环境下振荡射流的断面最小稀释度和可视范围面积经验公式, 并将其与波流环境下非振荡射流的稀释规律进行对比。研究表明: 横流环境下振荡射流下游断面浓度极大值出现在反向对称漩涡(CVP)结构位置或"污染物云团"位置; 振幅-射流速度比越大, 最小稀释度越大, 断面可视范围面积越大; 随着斯特劳哈尔数的减小, 断面可视范围面积增加, 最小稀释度变化不明显; 横流环境下振荡射流和波流环境下非振荡射流的初始稀释经验公式结构一致, 射流振荡性产生的初始稀释促进作用与波浪效果类似。     

排放角度对波浪环境中圆管射流运动和稀释特性的影响

采用粒子图像测速和平面激光诱导荧光技术对波浪环境中倾斜射流的运动和稀释特性进行了实验研究,对比分析了排放角度对射流瞬时运动形态、时均速度场和时均浓度场的影响。实验结果表明排放角度的变化对波浪环境中射流的运动形态、速度分布和混合范围等均有显著影响。当射流顺波浪方向运动时,射流主体段速度剖面呈双峰分布,达到初始浓度20%、30%、40%和50%的混合范围随排放角度增加而先增大后减小;当射流逆波浪方向运动时,射流速度剖面双峰分布不明显,相应的混合范围随排放角度增加而减小。在波浪牵引和射流卷吸的共同作用下,逆向射流的稀释效果总体上优于与垂线方向相同夹角的顺向射流。     

规则波作用下垂直圆管负浮力射流的数值模拟

高密度盐水排放是海水淡化领域一个复杂和常见的物理现象。为研究波浪作用下盐水射流的水动力特性,建立了规则波作用下垂直圆管负浮力射流三维水动力数学模型。利用试验数据对数值计算结果进行验证,两者吻合较好。基于数值计算结果,分析规则波作用下垂直圆管负浮力射流流体扩散特征,研究规则波对负浮力射流三维时均速度以及瞬时浓度的影响。结果发现:入射波波高和周期对射流中轴上量纲一平均垂向速度的衰减指数影响不大,而对衰减系数影响较大;随着波高或波周期的增加,射流特征速度半宽增加,射流中轴上量纲一平均垂向速度的衰减系数减小,有助于射流流体在环境水体中的扩散。另外,建立了考虑浮力效应的波-射流动量比影响的射流中轴上量纲一平均速度衰减系数、平均特征半宽公式,可以为相关实际工程提供一定的参考。     

波流环境中垂向圆管射流三维运动和稀释过程模拟

采用大涡数值模拟方法建立了波流环境中垂向圆管射流三维物质输运数学模型,在此基础上分析了波流共同作用下射流运动和稀释过程,并探讨了波浪对射流三维时均浓度特征的影响。数模结果与实测数据的对比表明,该模型能够正确复演波流环境中射流速度和浓度沿水深分布的规律。引入了射流的三维浓度特征指标,即断面最小稀释度及其垂向位置和断面可视范围面积,发现随着波高或波周期的增大,波流环境中射流的断面可视范围面积逐渐增加,这说明波浪对射流的稀释起到一定的促进作用。     

同向圆射流混合特性实验研究

利用声学多普勒流速仪(Acoustic Doppler Velocimetry,ADV)自动测速系统和平面激光诱导荧光(Plane Laser Induced Florescence,PLIF)系统对同向圆射流的速度场和浓度场进行了系统的研究,并与前人的工作进行了比较和讨论。时均特性测量结果表明,射流主体段下游各断面的速度和浓度横向分布是自相似的,且近似可用高斯分布来表示;随着射流向下游传播,射流中心流速逐渐衰减,在强射流区和弱射流区遵循不同的规律;紊动特性测量结果表明,下游各断面的紊动强度横向分布是自相似的。     

准噶尔盆地地震速度场的建立

分析盆地内各层岩性速度特征,在准噶尔盆地里建立一个盆地级巨型速度场(面积约13×104 km2,深度达8km)。面对海量的地震资料,首先进行盆地地震剖面的解释,建立盆地17层构造解释时间模型,利用叠加速度谱分析、VSP井速度标定、声波测井的VSP转换技术、测线交点叠加速度自动校正闭合差、野值自动剔除及井约束层速度分析,来研究各沉积层速度特征,模型模拟层速度建场、最终建立盆地平均速度场。用于区域层速度分析,构造转深和地震资料处理的速度参考,用两口VSP井实测速度资料进行验证,盆地速度场平均速度绝对误差平均为35m/s,相对误差平均为1.8%,两者大小和变化特征一致,表明盆地速度场精度较高。     

基于双相介质弹性波波场分离的逆时偏移方法

随着地震勘探的发展,以单相介质模型为基础的声波逆时偏移和弹性波逆时偏移很难比较精确地描述地下介质和满足复杂的工程要求,尤其是在处理地下含流体多孔介质时,所以需要引入双相介质模型。首先基于Biot理论双相介质一阶速度-应力弹性波方程,利用散度场和旋度场的波场分离理论将固相和流相中的纵横波场解耦分离,并由波场快照图得出固相与流相中的纵波波场与横波波场均完成分离,而快纵波与慢纵波相互耦合均存在于纵波波场中。采用高阶交错网格有限差分方法,结合PML吸收边界条件,推导了具有波场分离的双相介质弹性波正传与反传的偏移延拓算子,结合互相关成像条件,可以得到双相介质弹性波固相与流相中的各分量偏移成像剖面。最后对模型使用该双相介质弹性波波场分离的逆时偏移方法进行偏移成像试算并取得成功,效果较常规双相介质弹性波逆时偏移成像效果有了明显提升。     

射流泵流场的PIV测量

利用粒子图像速度场仪(PIV)对射流泵渐缩锥形入口、等径直管内有限空间水射流进行测量。该射流泵喉管面积与喷嘴面积之比为4.75,基于射流泵喷嘴直径D和喷嘴出口流速计算的雷诺数为3.68×105。通过流量比在0.20～0.80之间的变化来研究流量比对流场的影响。获得了射流泵对称面流场的速度矢量、轴心速度分布和轴向速度等值线图。结果表明:当射流泵的面积比确定后,射流泵内有限空间射流结构只与射流泵的流量比有关,流量比愈小,其轴心速度衰减得愈快,高速射流区愈短。测量结果为射流泵理论研究和优化设计提供可靠依据。     

黄骅裂谷盆地第三系深层水成因

在阐述盆地地质和含水系统、水文地质期、水压系统的定位基础上，通过建立数学模型，采用反演法、地静压力法，模拟计算了各研究层在各研究时期的砂、泥岩恢复厚度、压出水量、水交替强度。计算表明各研究层在各研究时期的压挤式水交替强度均小于1，累加值Es^2、Es^1、Ed层的大于1，Ng、Nm层的小于1；Ed层渗入水交替强度为0．44。各研究层在各研究时期渗流场的高水压带位置和流动态势具有相似性，并均以离心型流动为主要特征。水的初始与现代化学及其演化研究表明，6个研究层段均起始于不同浓度的同生沉积成因水，除Eκ^1层局部水的现代浓度比初始浓度显著降低，朝稀释淡化、反向变质的方向演化外，其他5个层段水的现代浓度比初始浓度均呈不同程度的增高，朝浓缩盐化、正向变质的地球化学方向发展，最终演化成为不同浓度的后生沉积成因水。     

有限空间中三维壁面紊动射流流动特性试验研究

为了研究三维壁面紊动射流前方布置的垂直挡板对时均流动特性的影响,采用粒子图像测速技术对不同雷诺数和淹没水深条件下的流速场进行了测量,统计分析了U速度剖面分布、速度半宽值变化和最大速度衰减规律。结果表明:沿射流方向具有3个明显不同的衰减区,依次划分为自由边界下的三维壁面射流区（Ⅰ区）、垂直挡板影响区（Ⅱ区）和近壁区（Ⅲ区）。在重点分析的Ⅱ区内,3个特征物理量的分布规律均与雷诺数无关;在垂直挡板影响下,速度半宽值扩展率明显加快,发展更为充分;在水深H~1.75H范围内,射孔中垂面内速度半宽值扩展率为0.043,同时0.5H的递增对射孔中心水平面内速度半宽值的分布较为敏感,其扩展率由0.205增至0.270;最大速度衰减对水深的改变并不敏感,且在Ⅱ区加速衰减,衰减指数为1.095。通过与半无限空间中三维壁面射流径向型衰减区的流动特征比较,Ⅱ区与之相似,将Ⅱ区视为提前进入径向型衰减区。     

表面驻波作用下紊动射流运动特性的试验研究

对表面驻波作用下紊动射流运动进行了试验研究。应用多普勒激光测速仪(LDV)进行流速场量测,应用电容式波高仪测量表面波动特性。结果表明,在表面驻波作用下,紊动射流动量主导远区流速的横向变化仍然可以用高斯分布表达,横剖面上流速的等值线图由原来对称于轴心的圆形变形为椭圆形;表面波动增强了紊动射流的扩散能力。     

排海污水挟沙射流研究进展

排海污水中往往含有一定数量的悬浮物, 这些悬浮物在排放口附近中呈现出复杂的扩散与沉降特性, 具有挟沙射流的典型运动特征。本文系统回顾了静水、恒定流、潮流和波浪等环境下排海污水挟沙射流的研究进展, 发现在不同动力环境下挟沙射流泥沙沉积形态存在显著差异性。如何精细刻画波浪-水流-射流多动力耦合过程及其对泥沙输运和沉降过程的影响是排海污水挟沙射流研究的难点所在, 对此提出了基于PIV/PLIF固相分离物理试验、粒子追踪两相流数值模型和拉格朗日积分模型, 系统开展波流共同作用下挟沙射流运动规律研究的设想, 以期为排海污水工程的优化设计提供重要参考。     

横流中多孔射流流动特性实验研究

横流中多孔射流的流动特性是揭示其输移扩散机理的基础。利用粒子图像测速技术PIV测量了横向流动条件下单孔、两孔和四孔射流的速度场,对射流主体范围内、射流的迎流面和各个射流之间的流场进行了研究。实验研究表明,多个射流中的第1个射流迎流面卷吸强度明显大于单个射流情况;两个射流之间的区域可分为两个部分,上游部分水体被卷吸进入上一个射流,下游部分水体被卷吸进入下一个射流;后面射流迎流面的横向流速明显低于第1个射流迎流面的横向流速,揭示了导致后面射流弯曲的横向有效流速沿程发展变化过程;揭示了横向有效流速的沿程变化规律。     

基于示踪试验的王寨盆地水文地质条件研究

王寨盆地是大武富水地段的一个特殊补给区,地质条件较为复杂,水文地质条件的研究相对较少,利用示踪试验对该区进行水文地质条件研究,是一种简单有效的方法。本次示踪试验采用钼酸铵作为示踪剂,历时75天,钼离子浓度历时曲线分为单峰型、双峰型和多峰型,地下水视流速平均值为23373m/d。通过试验揭示了王寨盆地岩溶发育特征为溶孔、溶隙、裂隙、管道、溶洞并存,地下水径流通道有单一管道型、单管道有水池型、多管道型和多管有水池型,具有多向性和复杂性;主要的地下水径流通道有3个,均汇入淄河断裂带;地下水流向以西南、东南、正东(东北)为主,整体流动较为缓慢,溶质的运移以正东(东北)方向最快;王寨断层和边河断层具有良好的导水性。因试验在枯水期进行,降雨量较小,地下水开采的日周期性影响也相对稳定,故试验时段地下水流场较稳定,试验结果所揭示的水文地质问题也较准确。     

基于错峰型洪水的伊洛河交汇区水动力特性

采用平面二维水动力数值模拟方法,对伊洛河交汇区河段的错峰洪水特性进行了系统分析,讨论了洪水水位、流态及两支流的相互影响,结果表明:数值模拟成果与实测数据有很好的一致性。研究发现:交汇区流场呈现马鞍形水面形态,并随流量增大向下游推进;错峰洪水过程中强势支流产生的漫滩水流对弱势支流形成壅堵,交汇区水动力要素与流态均与强、弱支流流量比有明显的关联性,交汇点下游的螺旋流结构与转向受当时强势支流控制;错峰洪水使交汇区水位随时间变化呈现三段式二次曲线特征,在两洪峰期间交汇区保持高水位的时间比单峰或同峰长5~7倍;错峰洪水使交汇区洪水位与流量形成特殊的Y型曲线关系,在两个洪峰点附近,水位与汇流比的对应关系出现前、后两个拐点。     

长江与嘉陵江交汇区水流结构的数值模拟

针对天然河流交汇区域复杂的地形条件及水流运动特性,采用水气两相流三维数值模型,对长江与嘉陵江交汇区水流运动进行深入研究,分析了交汇区域分离区、剪切层、流速场及螺旋度的变化特性。研究结果表明:长江与嘉陵江交汇的水流分离区形状受地形影响明显,随着水位的增加向右岸移动,剪切层整体呈一个扭曲的曲面;干支流原有的环流在交汇之后重新汇合,左岸未出现明显的环流,右岸逆时针的环流有减弱趋势,交汇区域纵向流速呈现高速与低速带分布特征。此外,长江和嘉陵江在交汇口下游螺旋度呈现左侧为负、右侧为正的对称分布,水流结构表现出逐渐形成双螺旋流的趋势,其中左侧的螺旋流逆时针运动,右侧的螺旋流顺时针运动。