《波浪環境下圓孔傾斜射流近區水動力及稀釋特性研究》是依託河海大學，由王婭娜擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：波浪環境下圓孔傾斜射流近區水動力及稀釋特性研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：王婭娜
- 依託單位：河海大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
為應對我國日益嚴峻的沿海環境污染問題，高效的污水海洋處置成為可行的方案之一，在眾多的排污口設計方案中，傾斜排放是一種典型的排放形式，然而波浪環境下的傾斜射流機理研究較少。針對這一問題，本項目採用物理實驗、量綱分析與動量積分相結合的方法，在已有的研究基礎上進行三方面的工作：（1）自主搭建實驗平台，採用數字圖像測速技術（PIV）和雷射誘導螢光技術（LIF）對波浪作用下的傾斜動量射流進行三維測量，對不同傾角、波浪條件下射流三維形態、運動軌跡、半寬變化規律等特性進行定性描述及定量研究；（2）採用量綱分析法，分析不同條件下各動力因子的敏感程度，建立其相關關係，得到波浪作用下傾斜射流近區各特徵物理量的半經驗半理論公式；（3）修正傳統意義的自相似假設和卷吸假定，建立適用於波浪條件下傾斜射流近區水動力及稀釋特性的動量積分模型。本項目的研究成果可豐富複雜動力環境下射流運動的基礎理論，具有重要的科學和工程意義
結題摘要
本項目以物理實驗為基礎，結合量綱分析及動量積分數值模擬的方法，針對波浪環境中不同排放角度下的圓管傾斜射流運動及稀釋特性開展了系統地研究。分析波浪環境中各排放角度射流的瞬時和時均的速度場異同，探究排放角度對射流水體紊動強度影響。在此基礎上，進一步研究波浪環境中各排放角度傾斜射流的濃度分布特徵及稀釋過程，建立了不同排放角度下軸線稀釋度與特徵參數之間的相關關係。主要研究內容及成果如下： （1）利用波浪水槽、射流發生裝置以及粒子圖像測速及雷射誘導螢光（PIV/PLIF）測量系統，搭建了波浪環境下的射流實驗平台。設計了射流起始速度與波浪特徵速度比Rw為5~40的一系列實驗組次，開展了波浪環境中不同排放角度射流的速度場及濃度場的實驗研究，為分析各排放角度射流的水動力及稀釋特徵提供了可靠的實驗數據。 （2）依據動量積分原理，假設射流體在射流口附近已經完全發展成紊動射流，其速度和密度分布可以用高斯相似來表示。將波浪運動視為外力導入二維浮射流的運動方程中，依據波浪的周期運動特性及浮射流動量守恆的原則，經由斷面積分推導出流場的控制方程。套用波浪場輻射應力理論，提出動量互動作用的方程，經由數值計算可以求出射流完全發展區內波浪周期平均的中心軸速度變化、密度差異變化及浮射流軌跡發展變化等物理量。 （3）分析傾斜射流近區的速度場和濃度場發現，當排放角度逐漸接近90°時，射流速度場和濃度場分布範圍擴大，橫斷面時均速度及濃度分布的雙峰特徵趨於顯著，越接近排放口處的射流水體紊動強度也越大。分析各排放角度射流的軸線稀釋度分布發現：逆向射流的軸線稀釋度高於對稱角度的順向射流。為使研究成果更具通用性，本項目提出了傾斜射流的波浪特徵速度參數，對實驗數據進行了無量綱化處理，建立了波浪作用下傾斜射流軸線稀釋度的半理論半經驗公式。
