波浪破碎作用下氣泡演化機理與輸運規律研究

《波浪破碎作用下氣泡演化機理與輸運規律研究》是依託長沙理工大學，由鄧斌擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：波浪破碎作用下氣泡演化機理與輸運規律研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：鄧斌
• 依託單位：長沙理工大學

項目摘要

波浪破碎引起水流強烈的紊動和翻滾，捲入大量空氣形成氣泡，氣泡的演化和輸運過程影響著破碎帶泥沙輸運、污染物遷移運動。研究波浪破碎作用下氣泡運動和動力特性非常必要，並具有重要的理論意義和套用價值。通過先進量測技術開展波浪水槽實驗，結合理論分析，研究波浪破碎區內氣泡的產生演變及輸運過程，探討氣泡與紊動特性之間的相互作用機制，揭示氣泡與物質輸移及能量耗散之間內在規律。在此基礎上，開發三維並行化的雙流體數值模型，進一步深入研究波浪破碎區水流和不同組級粒徑氣泡輸運特性，為海岸工程建設和學科發展服務。

結題摘要

波浪破碎引起水流強烈的紊動和翻滾，捲入大量空氣形成氣泡，氣泡的演化和輸運過程影響著破碎帶泥沙輸運、污染物遷移運動。研究波浪破碎作用下氣泡運動和動力特性非常必要，並具有重要的理論意義和套用價值。本研究從水槽實驗試驗入手，通過現代化的測試手段對波浪破碎作用下的氣泡運動特性開展研究，主要工作和成果如下：（1）實驗獲取了不同波浪作用下破碎區內摻氣水流中氣泡的大小、數量、分布及空隙率等特性參數，分析了影響氣泡數量粒徑、空隙率分布的主要因素，揭示了破碎區內氣泡的分布與輸運統計特性以及動力特性；（2）基於理論推導和實驗數據擬合，引入波高、波陡、相對水深、無量綱水平位置等無量綱參數，得到了能較好地預測破碎區摻氣水流空隙率時空分布的函式式，建立了泡徑譜冪指數與波高、距破碎點距離和測量深度的關係式；（3）考慮到波浪作用下建築物附近水體摻氣率大，開展了波浪作用下建築物附近水體摻氣及氣泡運動特性實驗研究，重點分析了波浪破碎作用下海牆附近氣泡運動特性，揭示了波浪破碎作用下海牆附近氣泡運動特性與水流結構的相互作用機制；（4）為彌補實驗研究的不足，基於本研究物理實驗模型，建立了能精確描述波浪破碎捲入氣體、氣泡形成與輸運等過程的帶自由表面強紊動摻氣水流三維兩相流模型，詳細分析水體摻氣過程及流動特性，揭示不同波浪破碎形式下，氣泡與破碎區紊動特性、物質輸移和能量耗散之間的內在規律，並探討氣泡破裂、融合影響周圍水體運動的作用機制。該項目研究成果加深了對破碎區氣泡輸運規律的認識，可為海岸工程建設和學科發展服務。在本項目資助下，已發表學術論文24篇，其中SCI收錄9篇、EI收錄8篇，共培養已畢業碩士研究生2名。