多孔T型扩散器排放流态特性研究

从航运、施工、管理及水生生物回游等角度出发,提出采用多孔T型扩散器排放污水.根据多孔射流发展规律,分析T型扩散器排放近区流态特性,运用笔者所研制的数学模型进行模拟计算,预报T型扩散器排放近区轴线流速、浓度及稀释度的沿程变化规律,得出了相对动量和扩散器长度是影响污染物横向扩散的主要因素.     

河流中单向性同流扩散器近区的稀释

用三维湍浮力流模式结合混合有限分析法对河流中单向性同流扩散器的近区稀释特性进行精确的数值分析,所得结果与Parr的试验资料吻合良好,进而给出了稀释度在近区的经验公式,并且分析了浮力射流的分叉现象和吸附现象以及出现这两种现象的原因,发现水面对稀释有延迟作用,对分叉有促进作用.     

浅水型河道中扩散器垂向排放的三维数值模拟

采用作者给出的三维紊流模型,结合混合有限分析法及交错网格对浅水型河道中扩散器垂向排放的流动进行了数值计算。重点对该类流动的两个流动特征进行了分析:一是水面的隆起高度,二是在横流情况下的流动转变条件。进而给出了这类排放水面的最小稀释度。这些特征的探讨对废水排入江河的水力设计有重要的参考意义。     

方腔回流区水流运动特性三维数值分析

建立了一个三维水动力学模型,对方腔回流区水流运动特性进行了模拟分析。数学模型以三维浅水环流方程为基础,在垂向空间引入σ坐标变换,采用高分辨率半隐有限元离散格式。计算结果与解析解及水槽试验数据吻合良好。应用该模型对方腔回流区的水流运动特性进行了计算分析,进一步揭示了方腔回流运动的非定常非对称不封闭特性、流动结构表现为竖轴环流与立面环流相叠加、流速沿垂线分布相对均匀等流动规律。     

静止环境中有阻力圆盘浮力射流特性的研究——(Ⅰ)数学模型及计算方法的验证

建立静止环境中有阻力圆盘浮力射流的RNG湍流模型,考虑浮力对射流的影响,采用混合有限分析数值格式来离散求解数学模型,结合有效的试验资料进行模型和计算方法的检验,预报给出了阻力盘对圆形浮力射流轴线浓度的影响范围;提出轴线浓度校正系数的概念,从而清晰直观地证实了阻力盘具有提高射流近区稀释度的作用;确立了H/D为影响轴线浓度的重要参数,且H/D=10为阻力盘是否提高近区稀释度的判别标准;数值模拟发现,当H/D<1时,正常绕流发生的弗劳德数F₀的范围会很快缩小,容易出现非正常绕流;并且盘离射流孔口较近时,射流容易被反射,离孔口较远时,绕流容易出现分叉.并就如何控制射流流态和提高稀释度提出了两点建议.     

丁坝回流分区机理及回流尺度流量试验研究

通过三维激光颗粒动态分析仪(3D-PDA)对玻璃水槽内丁坝回流区的流速进行测量,获得了回流区流速分布的详细资料。根据流量连续原理和回流区流速分布,对丁坝回流区进行了区域划分:沿横向划分为负流速区、正流速区和主流区;沿纵向分为回流减流区和回流增流区。在此基础上进一步研究了回流尺度和回流流量沿纵向的变化规律。结果表明,回流区正负流区流量沿纵向呈纺锤形分布,负流速区和回流区的宽度在纵向基本呈线性变化。     

静止环境中有阻力圆盘浮力射流特性的研究——(I)数学模型及计算方法的验证

建立静止环境中有阻力圆盘浮力射流的RNG湍流模型,考虑浮力对射流的影响,采用混合有限分析数值格式来离散求解数学模型,结合有效的试验资料进行模型和计算方法的检验,预报给出了阻力盘对圆形浮力射流轴线浓度的影响范围;提出轴线浓度校正系数的概念,从而清晰直观地证实了阻力盘具有提高射流近区稀释度的作用;确立了H/D为影响轴线浓度的重要参数,且H/D=10为阻力盘是否提高近区稀释度的判别标准;数值模拟发现,当H/D<1时,正常绕流发生的弗劳德数F0的范围会很快缩小,容易出现非正常绕流;并且盘离射流孔口较近时,射流容易被反射,离孔口较远时,绕流容易出现分叉。并就如何控制射流流态和提高稀释度提出了两点建议。     

碳酸盐岩破裂过程中管道—裂隙水非线性流动特性试验研究

本文聚焦碳酸盐岩微观渗流特性与破裂机制的研究,开展了岩石破裂过程中管道-裂隙水流动可视化试验,基于岩石块体尺度试验结果定量分析管道流体向裂隙流体过渡的流态演化过程,研究多级荷载对管道-裂隙水流动特性的影响。试验结果表明:碳酸盐岩流态稳定性与破裂状态相关,管壁破坏初期管道流主要以层流为主,局部管壁劈裂造成管道流体时域性流态交替,管道流体向裂隙流体转变的前兆特征主要表现为过渡流态临界转换点。碳酸盐岩破裂过程中管道流体向裂隙流体过渡过程具有分数演化特征,分数指数能够定量刻画管流和裂隙流的临界过渡过程。      

静止环境中有阻力圆盘浮力射流特性的研究——(Ⅱ)流场特性分析

在数值计算成果的基础上,对阻力圆盘浮力射流的流场进行了分析和总结,基于轴线流速的变化规律将盘后流场分为3个区域:回流区、过渡区和自相似区.得到了回流区的长度随弗劳德数F₀、孔口直径D/d以及盘离孔口的距离H/d的变化规律,并得到了工况为H/D=1,D/d=2,6和H/D=3,D/d=2在不同弗劳德数F₀条件下的横截面上的流速分布和达到自相似区的最小长度;结果表明弗劳德数F₀的大小是决定绕流流态的主要因素;同时分析了由正常绕流发展到非正常绕流的压力场变化,发现由于弗劳德数F₀的增大而导致流场中出现的第三个负压中心的大小和位置与绕流是否能正常发生存在密切的关系.     

几种紊流模型在底坎紊流分离流计算中的对比

利用标准模型κ-ε、重整群κ-ε模型和v2f三种不同的紊流模型,在同位网格系统基础上,采用了有限控制体积离散方程,数值模拟了底坎所形成紊流分离流。计算结果表明,所选用的3种模型虽大致都能模拟出底坎分离流的流动特性,如前后角涡、回流型态等,但在主涡心位置、回流长度、水头损失和流速分布等方面3种模型计算结果有所差异,其中v2f模型所计算的结果同试验和大涡模拟的结果值更趋一致。结果表明,v2f模型具有更精确模拟底坎所形成的紊流分离流方面的优势。     

河型转化机理及其数值模拟——Ⅰ.模型建立

为研究河型转化过程机理,建立了考虑弯道二次流影响与边岸崩塌过程的平面二维河流数学模型,包括水流模型、泥沙模型和边岸崩塌模型。通过在水流动量守恒方程中增加弥散应力项以考虑弯道二次流的影响,并采用室内水槽实验结果对水流模型进行了验证;利用上荆江沙市至石首天然长河段的水沙过程和河道演变资料,对泥沙模型进行了验证;结果表明本模型数值计算量合适,有较好的适应范围。模型中提出了边岸崩塌过程的模拟技术,相对于传统平面二维水沙模型而言,可以更好地模拟天然河道的横向摆动以及洲滩消长过程。     

河型转化机理及其数值模拟——Ⅱ.模型应用

采用平面二维河流数学模型,系统研究概化河道的河型转化过程及其控制因素,成功模拟得到了初始比降、流量、入口含沙量增大和河岸抗冲性减弱时,河流从弯道向分汊、游荡河型转化的过程。根据模拟得到的河道平面形态、横断面形态、河床纵剖面,沿程水面线及沿程输沙率的变化,分析了河床初始比降、入口含沙量、流量和河岸抗冲性等各种因素对河型转化的影响。结果表明,模型计算得到的河型转化过程,与经典的河型成因及河型转化理论给出的趋势较为一致。     

The lack of inorganic removal of dissolved silica during river-ocean mixing

The significance of the inorganic removal of dissolved silica from estuarine zones was investigated at three river mouths: the Orinoco, the Savannah and the Mississippi. Particular attention was given to the Mississippi river plume, where extensive inorganic silica uptake had been reported. Mixing curves and laboratory dilution experiments provided little evidence that the phenomenon was widespread. Because of an uncertain fresh water tie point, some inorganic uptake could not be completely ruled out for the Orinoco, but, in the plumes of the Savannah and Mississippi rivers, no inorganic silica removal was indicated. In contrast to published experiments on river sediments, laboratory dilution studies on suspended matter from the Mississippi river showed release of dissolved silica instead of uptake.     

Calculation of Environment Flow and Analysis of Spatial Environment flow Satisfaction Rate: A Case Study of Ji'nan City

With the socio-economic development, water demand has increased, resulting in river environment flow often not being met. As an important indicator of river ecosystem, environment flow plays a key role in maintaining the sustainability of the ecosystem. This study fully considered the biological needs of river ecosystems, used food web models (Ecopath) to identify key species of fish, determined the ecological flow velocity, combined the river sections, and used the Adapted Ecological Hydraulic Radius Method (AEHRA) to calculate the environment flow. Based on the calculation results of the environment flow, the River2D model was used to simulate the river flow, and the environment flow satisfaction rate of the river was calculated. The calculation results show that the environment flow of each river in the flood season can be satisfied, and the environment flow of most rivers in the non-flood season cannot be satisfied, and the satisfaction rate is extremely low, which causes the ecosystem health to be destroyed. Therefore, ecological regulation of rivers during non-flood seasons should be strengthened to meet river environment flow. The new method for calculating the environment flow of the river provided in this paper can provide a method for aquatic ecological restoration, and the research results can provide important scientific basis for the aquatic ecological restoration and management of rivers in Jinan.     

泥石流入汇条件下交汇区的流动特性

根据动量原理,引入了输运流量和淤积流量以及输运率和淤积率等概念,研究了泥石流入汇主河道后,主河道交汇口附近水位壅高以及交汇区泥沙淤积等问题,分析了泥石流进入主河道后流量、容重等的变化。研究了交汇区复杂条件下的动量传递关系,推导了综合反映交汇后下游水力条件关系和交汇区淤积情况的弗劳德数计算公式,并应用试验数据对其进行了验证,结果表明只要参数选取得当,用所提出的公式计算可达到较高的预测精度。     

基于DEM的等流时单元法在大流域分布式水文模型中的应用

等流时单元法是一种具有物理基础同时又非常简便的分布式流域汇流模型。若能应用于大流域,会显著提高大流域分布式水文模型的计算能力,可以扩展其在大流域分布式水文模型中的应用,降低其限制性。采用基于DEM的等流时单元法进行坡面汇流计算,即坡面汇流经河流两侧并入河道,河道汇流使用扩散波方程（USGS的河道汇流程序包SFR1）,将其推广到大流域分布式水文模型的应用之中。该方法与二维坡面汇流的扩散波数值方程相比较,能够节省计算时间。在伊通河中下游较大流域上试用结果表明,农安站计算与实测流量的最大相对拟合误差为13%,模型月流量Nash-Sutcliffe效率系数为0.9。等流时单元法用于大流域分布式水文模型的坡面汇流是可行的。     

柴达木盆地河流渗漏率及渗漏量

柴达木盆地气候干旱,降水稀少,地下水补给来源主要为河流渗漏,如何计算河流渗漏量是地下水资源评价必须解决的首要问题。根据柴达木盆地河流渗漏特征,在河流渗漏量组成分析的基础上,建立了适用于自由渗漏型河流的渗漏率经验公式,并利用该公式对比计算了柴达木盆地格尔木河、塔塔棱河、鱼卡河的河流渗漏率,其结果与实测值相近,表明所建立的渗漏率公式具有一定的适用性和普遍性。同时,计算了柴达木盆地主要河流的渗漏率和渗漏量,结果表明,流量大于10m~3/s的河流,渗漏率为61.1%~78.3%;流量小于5m~3/s的河流,渗漏率为94.5%~99.9%,符合该地区河流渗漏的一般性规律。研究提出的渗漏率公式对水文地质条件相似区地下水资源评价具有借鉴意义。     

考虑非达西流的弱透水层固结计算

由于成岩作用的影响,深部弱透水层中的黏性土较为坚硬、致密,在这种黏土层中的孔隙渗流规律有偏离达西定律的现象,而在现有的地面沉降研究中,对深部弱透水层的固结变形计算始终沿用以达西定律为基础的固结方程进行,这显然是与实际情况不相符的。鉴于此,以孔隙渗流为非达西流为基础,对太沙基一维固结方程进行了重新推导,并采用半解析法对非达西流-太沙基一维固结方程进行了求解。分别采用达西流-太沙基固结方程和非达西流-太沙基固结方程对同一固结问题进行了计算,结果表明,考虑非达西流后土层达到某一固结度所需的固结时间较之不考虑非达西流时明显增加了,而且固结时间增长的趋势与实测的增长趋势较为一致。