廢水排放工程水力學的水流精細模擬方法
2023-10-06 09:56:49
專利名稱：廢水排放工程水力學的水流精細模擬方法
技術領域：
本發明涉及一種水利水電工程紊流數值模擬方法，特別是一種廢水排放工程水力學的水流精細模擬方法。
背景技術：
廢水排放工程水力學問題一直是國內外研究的熱點，隨著數學模型和計算技術的發展，廢水排放擴散器型式的選擇和優化逐漸成為擴散器設計的主要手段，同時水質模型的建立為環境影響評價提供了堅實的基礎，而水流又是汙染物的載體，顯然開展廢水排放問題的數值模擬研究是十分必要的。
發明內容
本發明的目的是要提供一種廢水排放工程水力學的水流精細模擬方法。
本發明的目的是這樣實現的一種含有紫金砂提取物的藥物製備方法，一種廢水排放工程水力學的水流精細模擬方法，通過模擬的方法得到靜止環境中單孔負浮力排放及流動環境中單孔、多孔正負浮力排放近區流場水力特性及稀釋特性，形成排放近區的稀釋模型，從數值模擬角度得到橫流中浮力排放過程中的射流分叉現象和馬蹄渦結構。通過數值預報出流動環境中單孔排放擴散器近區稀釋特性。給出了多孔擴散器的稀釋特性和Conada效應。給出了流動環境中熱汙染擴散器的稀釋特性和分叉現象。通過模擬得到靜止環境中負浮力排放擴散器的稀釋特性。通過模擬得到靜止環境中傾斜負浮力排放擴散器的分區數據。通過模擬得到了排放角對靜止環境中負浮力排放特性的影響。通過模擬得到了靜止環境中負浮力排放擴散器遠區特性。通過模擬得到了流動環境中垂直負浮力排放擴散器的分區數據。
本發明所提供的廢水排放工程水力學的水流精細模擬方法，通過模擬的方法獲得了靜止環境中單孔負浮力排放及流動環境中單孔、多孔正負浮力排放近區流場水力特性及稀釋數據，形成排放近區的稀釋理論，從數值模擬角度得到橫流中浮力排放過程中的射流分叉現象和馬蹄渦結構。
具體實施例方式
(1)數值預報出流動環境中單孔排放擴散器近區稀釋特性橫流中紊動射流軌跡線上濃度的變化是廢水排江工程中關注的指標，它反應了汙染物在大水體中的稀釋程度，亦是選擇擴散器方案優劣的因素。對於橫流中單孔排放，研究由濃度所確定的射流軌跡線上濃度的衰減規律發現，流速比愈大，軸線濃度衰減愈快，亦就是環境流體與射流的摻混稀釋作用愈強。計算給出的距射流出口不同位置橫斷面上濃度的等值線圖。可看出隨著射流的發展，在橫斷面上濃度等值線很快出現兩個高濃度區，並呈腎形，這就是由濃度等線所表現出的橫流中射流的分叉現象(bifurcation)，橫流中射流同樣存在分叉現象，與有無浮力作用並不密切，主要是射流與橫流相互作用而產生的渦所致。
(2)給出了多孔擴散器的稀釋特性和Conada效應射流存在著卷吸環境流體的作用。對於單孔排放，射流能充分卷吸環境流體；而對於多孔射流，射流的卷吸受到限制，在相鄰射流中間，被卷吸的流體得不到補充或補充不足，則相互吸附，這就是著名的Conada效應，這種吸附效應可從射流系統中心平面上濃度的變化得以說明。同一孔間間距下，流速比愈大，混合點愈前移。這是因為流速比大，即射流的出口流速大，卷吸流體的能力就強。由於分叉現象是由於射流與橫流的速度差產生的切力形成的，因此當多孔射流的孔間距較小時，射流和橫流的速度產生的切力不足以形成分叉現象。隨著的增大，多孔射流軌跡線逐漸趨於單孔射流的軌跡線；同時，孔間間距愈小，軌跡線愈彎曲。同時，在射流的背風面存在著回流區，致使該區濃度不易稀釋。表明流速比愈大，射流軌跡線愈高。
(3)給出了流動環境中熱汙染擴散器的稀釋特性和分叉現象同流中單孔淹沒熱浮力排放的近區特性表現為，在同一出口弗勞德數、流速比下，水深愈大，射流達到水面所需的距離愈遠。同流中浮力射流同樣存在分叉現象。其原因是雖然在同流環境中，射流流動方向與來流方向一致，隨著射流的發展，由於浮力的作用，使射流的中心線逐漸改變，這樣使射流與來流的速度差加大，從而產生的切力形成的，進而導致兩個高溫度區的出現，即分叉現象。
(4)形成靜止環境中負浮力排放擴散器的稀釋理論對靜止環境的圓形垂直負浮力排放，最大入侵高度和密度弗勞德數成線性關係，通過試驗和數值計算得出了相應的計算公式(熱水負浮力射流)。負浮力作用在動量方程平衡中佔重要地位，而在湍動能平衡中的作用則可以忽略。根據不同出口弗勞德數下軸線上的流速和溫度衰減變化規律可以將流動分成三個區域，(a)，中線流速和溫度保持常數，湍動能逐漸減小；(b)，流速和溫度沿方向逐漸減小，而湍動能的值開始時增加的後來又逐漸減小；(c)，流速、溫度和湍動能均衰減的很快。
(5)提出靜止環境中傾斜負浮力排放擴散器的分區理論對於靜止環境中的傾斜負浮力射流，根據流動的特性可以將射流影響區域劃分成為三個區，即射流區、回流區和水平擴展區，其中射流區可以分為排放動量起主要作用的上升段和負浮力起主要作用的下降段。射流區和水平擴展區及射流區內部分區的界限通過計算得到相應的公式，通過計算公式即可確定射流影響區域的大小和範圍。對負浮力射流的最大上升高度，根據密度變化給出了統一的定義標準。
(6)研究了排放角對靜止環境中負浮力排放特性的影響通過對靜止環境中不同排放角度下平面負浮力射流的計算，分析了排放角度對負浮力射流的影響，給出了考慮排放角度影響的傾斜射流最大上升高度計算公式。角度越大，射流所能達到的最大上升高度越大，並且達到一定角度會向上遊分流，在垂直射流的情況下，則對稱的向兩側分流。在射流角度較小的情況下，由於平面射流底部邊界的吸附作用很強，射流與固壁之間已經沒有明顯的回流區存在，這時射流接近於附壁射流，相同排放角度的圓形射流，邊界的吸附作用相對較小，射流所能達到的高度要大。
(7)分析了靜止環境中負浮力排放擴散器遠區特性通過對靜止環境中平面負浮力射流的遠區計算表明，高密度流體是以異重流的形式沿底部向下遊推進的。根據遠區斷面上的流速分布圖可以將異重流的主體分成兩個區，邊壁區和紊流摻混區，邊壁區內流速分布變化不大，紊流摻混區內異重流與環境水體存在著摻混和交換，則斷面上流速分布沿程有所變化。
(8)提出流動環境中垂直負浮力排放擴散器的分區特性流動環境中的平面負浮力射流，與靜止環境中的傾斜負浮力射流流動圖像有相似的地方，射流出流後，上升到一定的高度後向下塌落，撞擊河床底部後，受固壁作用，射流向兩側流動。一部分向射流出口流動，形成回流區；另一部分遠離出口，形成水平擴展層。類似靜止環境中傾斜負浮力射流的方法，同樣可以將射流影響區域分區，給出了分區的界限和相應的計算公式。
權利要求
1.一種廢水排放工程水力學的水流精細模擬方法，其特徵在於通過模擬的方法得到靜止環境中單孔負浮力排放及流動環境中單孔、多孔正負浮力排放近區流場水力特性及稀釋特性，形成排放近區的稀釋模型，從數值模擬角度得到橫流中浮力排放過程中的射流分叉現象和馬蹄渦結構。
2.如權利要求1所述的廢水排放工程水力學的水流精細模擬方法，其特徵在於通過數值預報出流動環境中單孔排放擴散器近區稀釋特性。
3.如權利要求1所述的廢水排放工程水力學的水流精細模擬方法，其特徵在於給出了多孔擴散器的稀釋特性和Conada效應。
4.如權利要求1所述的廢水排放工程水力學的水流精細模擬方法，其特徵在於給出了流動環境中熱汙染擴散器的稀釋特性和分叉現象。
5.如權利要求1所述的廢水排放工程水力學的水流精細模擬方法，其特徵在於通過模擬得到靜止環境中負浮力排放擴散器的稀釋特性。
6.如權利要求1所述的廢水排放工程水力學的水流精細模擬方法，其特徵在於通過模擬得到靜止環境中傾斜負浮力排放擴散器的分區數據。
7.如權利要求1所述的廢水排放工程水力學的水流精細模擬方法，其特徵在於通過模擬得到了排放角對靜止環境中負浮力排放特性的影響。
8.如權利要求1所述的廢水排放工程水力學的水流精細模擬方法，其特徵在於通過模擬得到了靜止環境中負浮力排放擴散器遠區特性。
9.如權利要求1所述的廢水排放工程水力學的水流精細模擬方法，其特徵在於通過模擬得到了流動環境中垂直負浮力排放擴散器的分區數據。
全文摘要
本發明公開了一種廢水排放工程水力學的水流精細模擬方法，屬於水利工程技術領域。本發明通過通過模擬的方法獲得了靜止環境中單孔負浮力排放及流動環境中單孔、多孔正負浮力排放近區流場水力特性及稀釋數據，形成排放近區的稀釋理論，從數值模擬角度得到橫流中浮力排放過程中的射流分叉現象和馬蹄渦結構。
文檔編號G06G7/48GK101017518SQ200710051570
公開日2007年8月15日 申請日期2007年2月12日 優先權日2007年2月12日
發明者戴會超, 槐文信, 楊中華, 田斌, 彭輝 申請人:三峽大學