《剪下彌散過渡過程的綜合研究》是依託北京大學，由陳國謙擔任負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：剪下彌散過渡過程的綜合研究
- 項目負責人：陳國謙
- 項目類別：面上項目
- 依託單位：北京大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
剪下彌散過渡過程對生態環境尤其是環境水利等前沿領域至關重要。本項目針對經典泰勒剪下彌散過程（圓管和槽道流動中標量彌散過程）的起始過渡階段，（1）基於高精度粒子圖像測速（PIV）與平面雷射誘導螢光測量（PLIF）技術，建造標量彌散輸運過程實驗台架，進行高解析度動態實驗觀測；（2）基於高精度差分格式與亞格子湍流模式，開發大渦模擬並行計算程式，進行大規模數值模擬；（3）拓展梅強中均質化方法，建立多尺度攝動理論分析框架，確定斷面濃度分布細節及其演化特徵。本課題綜合運用實驗觀測、數值模擬和理論分析手段，探討標量彌散輸運過程起始階段的多尺度漸近演化規律，可為相關套用提供科學依據和技術支持。
結題摘要
剪下彌散過渡過程的機理對於顆粒物PM2.5的捕獲、環境風險評估和污水處理等環境保護領域至關重要。本項目依照國家自然科學基金項目計畫書中的研究計畫，綜合運用理論分析、數值模擬和實驗觀測，對典型剪下流動（圓管和槽道流）中標量物質彌散的過渡階段，進行了細緻深入的研究工作。基於高精度粒子圖像測速儀（PIV）與平面雷射誘導螢光測量（PLIF）技術，建造了槽道流動中物質彌散輸運過程實驗台架，進行了高解析度動態實驗觀測；基於高精度差分格式與亞格子湍流模式，開發大渦模擬並行計算程式，進行了大規模數值模擬；通過拓展Aris濃度矩、Aris矩與Gill彌散模型耦合方法，Chatwin長時間濃度矩展開法等，推導了典型流動中溶質的零階至四階濃度矩，進而得到了彌散過渡階段濃度分布的解析解；並進一步探討了具有界面吸收條件、風效應、污染物的釋放方式（點源與線源）、填充介質條件及槽道截面比等因素對溶質彌散過程的影響。在理論分析、數值模擬和精密實驗的支撐下，確定了典型剪下流動中物質彌散過渡階段的濃度分布特徵及其時空演化規律，可切實套用於顆粒物捕獲裝置設計、水生態環境風險評價、濕地污水處理流程最佳化等諸多方面，為相關套用提供了科學依據和技術支撐。
