北黄海倾废区水平扩散系数的推算

本文基于Taylor湍流扩散理论,利用北黄海5~#倾废区定点锚泊连续测流资料,计算了该区不同时间尺度的水平湍流扩散系数。计算结果表明,湍流扩散系数随时间尺度的变化较敏感;潮流因素对扩散系数的影响较大。要求在实际应用中根据研究对象尺度的大小来选择扩散系数。     

边界层方案对南京地区PM2.5浓度模拟的影响

基于WRF-Chem空气质量模式采用YSU、MYJ、MYNN2、ACM2,4种边界层方案和基于ACM2的敏感性实验方案ACM2R2（模式最低6层的湍流扩散系数阈值改为2m²/s）和ACM2R5（模式最低10层的湍流扩散系数阈值改为5m²/s）,对南京地区冬季出现的一次天气污染过程进行模拟,分析了不同边界层方案对南京地区PM_2.5浓度模拟的影响.结果表明,6种方案对地面气象要素和风温湿廓线的模拟显示了较为合理的日变化特征及高度变化趋势,不同边界层方案之间气象要素差异较小.各方案均较好地模拟出了边界层高度逐日变化和日变化特征,以及PM_2.5浓度随时间的变化趋势,但是YSU、MYJ、MYNN2和ACM2,4种边界层方案在夜间对PM_2.5浓度的模拟均存在较大程度的高估,而ACM2R2和ACM2R5在ACM2的基础上显著地降低了PM_2.5浓度,甚至转为低估.从整个时段的偏差上看,ACM2R2最接近观测值.这是由于ACM2R2夜间湍流扩散系数较高,更利于源于地表的污染物向上扩散,使得ACM2R2方案在夜间相比原ACM2方案模拟所得的地表PM_2.5浓度更低,从而改善了原方案高估的现象.ACM2R5夜间湍流扩散系数更高,后期扩散过强从而产生较大低估.这些结果表明湍流扩散系数的不同是PM_2.5浓度模拟差异的重要原因,准确地参数化边界层方案夜间湍流扩散系数对于提高PM_2.5浓度模拟的准确度十分必要.     

基于FBM法追踪秦皇岛海域赤潮迁移扩散

在Delft3D-FLOW模型模拟水动力的基础上,基于FBM粒子追踪法建立和验证赤潮迁移扩散模型.模拟了秦皇岛海域潮流和风生流,分析了风生流对赤潮迁移扩散的作用,对比分析了FBM法、拉格朗日法和常规布朗运动法在赤潮迁移扩散模拟中的特性,测试了模型Hurst指数的敏感性并得出其在赤潮模拟中的合理取值范围.主要结论为：①秦皇岛海域的赤潮主要随潮流的涨落而往复移动,一个涨落潮周期内赤潮的净迁移距离较小;②秦皇岛海域夏季潮流较弱,但风对赤潮迁移具有一定影响,易产生东北向风生流,导致赤潮更易往东北方向迁移;③Hurst指数较明显地影响粒子云的扩散范围,Hurst指数取0.80±0.03能比较真实地模拟秦皇岛海域赤潮的迁移扩散;④FBM法可模拟赤潮的non-Fickian扩散现象,使其模拟的粒子云扩散范围和分布形状明显优于拉格朗日法和常规布朗运动法.     

土壤包气带含水率对氯代烃垂向迁移影响的模拟研究

氯代烃类挥发性有机物在土壤包气带中的垂向迁移是该类污染物呼吸暴露风险的重要途径.为探究氯代烃在土壤包气带中的垂向迁移规律,通过室内土柱模拟试验,研究土壤包气带含水率对不同氯代烃〔TCE(三氯乙烯)、PCE(四氯乙烯)〕气相扩散速率的影响,并通过线性拟合筛选出更准确的气相有效扩散系数预测模型.结果表明,土壤含水率与氯代烃气相有效扩散系数呈显著负相关〔R=-0.89,P < 0.01,n=7(TCE);R=-0.86,P < 0.01,n=7(PCE)〕.随着土壤含水率由0.5%增至40.0%,TCE气相有效扩散系数(D_T)由0.035 9 cm2/s降至0.002 5 cm2/s,平衡时间由13 h增至91 h,平衡时气体浓度由4.22 g/m3降至0.31 g/m3;PCE气相有效扩散系数(D_P)由0.033 9 cm2/s降至0.001 1 cm2/s,平衡时间由15 h增至103 h,平衡时气体浓度由3.01 g/m3降至0.12 g/m3.与Penman模型、Marshall模型模拟值相比,Millington-Quirk模型模拟值与氯代烃气相有效扩散系数实测值的拟合程度更好(R>0.95,P < 0.01,n=7).研究显示,土壤包气带含水率的增加对氯代烃气相扩散有明显的抑制作用.      

港湾瞬间点源扩散特性的研究

物质浓度分布的观测资料与理论半经验解的比较分析是描述和应用湍流扩散系数的基础。本文对港湾海域物料示踪云团的三维扩散特性进行了理论和实验分析。指出,扩散系数线性解可以较好地描述扩散云团的表观尺度及扩散浓度的变化规律。     

海州湾南侧悬浮示踪的数值模拟

基于三维自由网格、自由表面、原始方程、有限体积海岸大洋环流模型(FVCOM),建立了M2分潮强迫的海州湾高分辨率三维模拟系统。模拟计算结果经验证吻合良好,较好地模拟了此海域M2分潮的潮流场时空分布特征,西部水域流速在0.35~0.65 m/s,至东部水深40 m附近水域,流速可达0.8 m/s;模拟了来自南部表层悬浮示踪粒子,在前期26 h内示踪粒子水平输移随着时空变化,此后,示踪粒子在120.092E,34.462N附近水下0.6~2 m处做M2分潮周期的上下运动,垂向运动平均速度量级约710-5 m/s量级。     

偏二甲肼水溶液在4A分子筛上吸附平衡与动力学研究

研究了偏二甲肼水溶液在4A分子筛上的吸附平衡和动力学,用Langmuir方程和Freundlich方程拟合了吸附等温线,采用Dünwald-Wagner方法解析浓度随时间的变化关系,求得有效扩散系数Di'。并研究了温度、初始浓度和粒径的变化对Di'的影响。Di'在15℃下C0为2.288%、粒径为250~420μm时为2.45×10-8cm2/s,并随着温度的升高、浓度和粒径的加大而增加。此外还求取了活化能E=3.7×104J/mol和表面扩散指前因子D0=0.12 cm2/s。     

辽东湾东部秋季海流特征的同步观测研究

基于辽东湾东部秋季7个站点的同步实测海流资料,通过调和分析方法计算了该海域的潮流和余流,并对其进行了分析和比较。结果表明:（1）M₂分潮流是辽东湾东部的优势分潮流,其最大流速介于35.8~69.8 cm/s之间,M₂和K₁分潮流长轴方向基本与岸线走向一致。（2）研究海域北部潮流呈现显著的规则半日潮流性质,中部和南部主要呈现不规则半日潮流特征。研究海域北部和金普湾口南部属于强潮流区,金普湾口北部和中部潮流较弱,各站点最大可能潮流流向大致平行于岸线。（3）辽东湾东部海域余流整体较弱,且呈现沿海岸线向南运移的特征,因此对污染物的长期输运效应不可忽视。     

不规则波情况下破波带内污染物水平二维输移扩散实验研究

研究破波带内污染物输移扩散特性可为近岸水环境保护和污染物的排放设计提供依据。由于实际情况中海岸入射波都是不规则波,因此本文基于物理模型实验、图像处理和形心点追踪等方法对5组不规则入射波况下的污染物水平二维输移扩散特性进行了研究,着重对不同波况下污染物垂直岸线方向与沿岸方向的输移速度及垂直岸线方向的扩散系数进行了计算分析。结果表明,不规则入射波情况下污染物垂直岸线方向的输移速度V_x约为沿岸方向输移速度V_y的4.4%～64.7%;沿岸方向的污染物输移速度约为时均沿岸流速最大值的35%;在不规则波入射情况下,垂直岸线方向的扩散系数为2.3×10?4 ～2.2×10?3 m2/s,并且扩散系数随不规则入射波周期的增大而减小,而入射波波高对其影响并不显著。     

2016年冬季寿县一次边界层低空急流对污染物扩散的影响

利用安徽寿县地区2016年12月16~17日的观测资料与模拟资料,分析了一次夜间边界层低空急流对PM_2.5扩散的影响.此过程中,急流分布范围广,强度大,最大风速可达10~12m/s,而且风向随高度有明显转向,高低层风向差可达90°.急流发展过程中,急流轴基本位于200m以下,急流的最小风速高度出现在400~800m之间.通过分析可知,对于不同高度,急流对污染物扩散的影响存在明显差异.地面至急流轴范围内,PM_2.5总体减少.急流的出现使湍流混合明显增强,在湍流作用下污染物向上混合,使该层PM_2.5显著减少,净质量通量的峰值可达-103×10^-3μg/(m²·s).急流的水平输送可带来上风方较为清洁气团,同样减少了该层的PM_2.5浓度.但与湍流作用相比其影响较小,净质量通量仅为-2.9×10^-3μg/(m²·s).急流存在时,还会加强向下的垂直风速,在垂直输送作用下,上层污染物向下输送,增加了该层PM_2.5浓度,净质量通量约为11×10^-3μg/(m²·s).急流轴至风向转变高度之间,PM_2.5总体增加.这是由于湍流作用将低层高浓度污染物输送至该层,使PM_2.5浓度增加,净质量通量约为23.9×10^-3μg/(m²·s);水平输送作用使该层PM_2.5浓度略有增加,净质量通量约为2.3×10^-3μg/(m²·s);而垂直输送作用带来了高处较为清洁的气团,减少了PM_2.5浓度,净质量通量约为-6.6×10^-3μg/(m²·s).风向转变高度至LLJ最小风速高度之间,PM_2.5总体增加.湍流作用仍占主导,净质量通量约为17.8×10^-3μg/(m²·s);垂直输送作用稍有贡献,净质量通量约为1.4×10^-3μg/(m²·s);而水平输送起减少作用,净质量通量约为-3.7×10^-3μg/(m²·s).     

用二阶闭合理论确定的大气扩散系数的分析

本文分析了作者以前得到的一种扩散系数的某些结果,认为这种扩散系数解释了垂直湍流和风切变的联合作用使水平扩散增大的实验观测结果;建立了与雷诺应力间的函数关系,在简化情况下,与泰勒理论得到的结论类似。在边界层低层,湍流扩散系数与粘性系数是不相等的,有时会有较大差别。     

局地大气扩散试验研究

本文主要介绍昆明附近某地的一次扩散试验.结果表明,水平扩散参数对不同稳定度分辨得较好.导出的垂直扩散参数能反映出地面不同粗糙度的差别,所得最大落地点浓度点距离及稀释因子比采用P-G参数提级办法算出的结果更符合实测值,并指明平均气流的上升或下沉对落地浓度的影响不可忽视.在有风条件下,导出了扩散参数随取样时间变化的指数q值.在小风条件下,对稀释效果起主要作用的是水平风方位变化的范围及垂直气流的方向和强弱,而垂直稳定度所起的作用往往是间接的.在模式选用上,小风和静风应加以区别.静风时可忽略模式中各速度分量,小风和静风的界线约在0.6m/s左右.     

金普湾春季海床基实测海流分析

通过2010年春季金普湾内7个海床基连续半个月的海流资料,对金普湾春季海流进行潮流和余流分析。结果表明:(1)湾内潮流性质主要为不正规半日潮流,优势分潮流为M2。水平方向潮流能比的差异变化有由湾口向湾内逐渐减小的趋势;垂直方向上表层潮流能量比仅为中、底层潮流能量比的一半左右。M2分潮在近岸多为往复流、流向基本与岸线平行,湾内中部多为逆时针旋转流。(2)通过欧拉余流可知湾内中部海域以落潮流为主,而湾内靠陆一侧海域以涨潮流为主。斯托克斯余流明显小于欧拉余流,其方向与该站位的优势分潮潮流椭圆方向较为一致。拉格朗日余流的方向、大小基本与欧拉余流一致。湾内北侧水域水体净输移方向有较明显的顺时针旋转的特征,湾内南侧水域水体净输移方向有较弱的逆时针旋转的特征。     

氨氮、硝酸盐氮和亚硝酸盐氮在PVA凝胶膜中的扩散性能

用冷冻-解冻法制备PVA凝胶膜,测定了氨氮、硝酸盐氮和亚硝酸盐氮在PVA凝胶膜中的扩散系数,考察了成膜条件和细胞密度对扩散系数的影响.结果表明,扩散系数随冷冻-解冻次数、PVA溶液的浓度及细胞密度的增大而减小. 氨氮、硝酸盐氮和亚硝酸盐氮在15% PVA的空白膜中的扩散系数分别为0.69×10^-9 m²/s, 0.52×10^-9m²/s和0.56×10^-9 m²/s; 在细胞浓度为60g/L的PVA膜中的扩散系数分别为0.55×10^-9 m²/s, 0.46×10^-9 m²/s和0.45×10^-9 m²/s.     

介质阻挡放电降解苯乙烯的研究

研究了介质阻挡放电(DBD)常压下降解流动态苯乙烯时,不同电压、流速、初始浓度及湿度下苯乙烯的降解情况.结果表明,DBD降解苯乙烯15~20min即可达稳定,产物主要为CO、CO₂和H₂O;电压4800V时有少量带苯环的气态及固态物质产生,且随电压的升高而减少,到7500V时红外光谱已无法检测到;高电压下放电可以取得90%左右的降解率,产生带苯环的气态物质和结焦物质较少.流速在1.5cm/s,浓度为3000mg/m³,相对湿度为20%左右时,降解效果最好.     

废物水泥窑共处置产品中重金属释放量研究

通过模拟煅烧实验制取水泥熟料,并采用国标GB/T 17671-1999制取混凝土样品.选用EA NEN7371和EA NEN7375浸出方法,利用基于菲克扩散第二定律的一维扩散模型对废物水泥窑共处置产品（混凝土）中重金属长期累积释放量进行了研究.结果表明,混凝土中重金属的最大释放量低于总量;各种重金属在混凝土中的扩散系数不同,且Cr>As>Ni>Cd; Cr、As、Ni和Cd 30a的累积释放量分别为4.43、 0.46、 1.50和0.02 mg/kg,释放率（累积释放量/最大释放量）分别为27.0%、 18.0%、 3.0%和0.2%;扩散系数是影响重金属累积释放量的重要因素,且两者表现出较好的相关性;Cr和As的扩散系数较大（分别为1.15E-15 m²/s和6.42E-16 m²/s）,应重点控制其进入水泥窑处置过程的总量.     

洋河-戴河河口海域COD时空分布特征研究

首先应用MIKE 21软件建立了洋河-戴河河口海岸水域水动力与污染物输运数学模型,然后采用实测潮流和化学需氧量(COD)浓度对数学模型进行了验证,最后模拟分析了河口海岸水域COD的输运过程.结果表明,洋河-戴河近岸海域潮波为驻波;潮流为顺岸往复流,涨潮流方向为NE向SW,落潮流方向为SW向NE.涨、落急时刻,河口至外海水域潮流流速递增.COD输运方向与涨落潮潮流方向一致.涨憩时刻,COD高浓度区向河道推进,其面积最小;落憩时刻,COD高浓度区向外海推进,其面积最大;葡萄岛周围潮流流速低,在潮周期内小于0.14m/s,对COD的稀释作用较弱.     

湿法烟气脱硫喷淋塔的阻力特性研究

以装配有自行设计的湍流装置的冷态喷淋塔为研究对象,考察了气速、喷淋量、液气比(L/G)、湍流装置垂直和水平间距对其阻力特性的影响。结果表明,当湍流装置结构形式一定时,喷淋塔的湍流层阻力(ΔP)均随气速、喷淋量和L/G的增大而增大;当气速、喷淋量、L/G一定时,湍流层阻力均随湍流装置垂直与水平间距的增大而减小。当气速、喷淋量、L/G、湍流装置垂直与水平间距分别为2.0 m/s、100 m~3/h、10 L/m~3、120 mm、120 mm时,湍流层的最小阻力为0.14 kP a;而当气速、喷淋量、L/G、湍流装置垂直与水平间距分别为3.6 m/s、240 m~3/h、25 L/m~3、90 mm、100 mm时,湍流层的最大阻力为0.62 kP a。对实验数据进行多元线性回归分析,得出该喷淋塔湍流层阻力的经验公式为ΔP=0.000 46V ~(0.724)Q~(0.930)D~(-1.860)f~(-5.480),其拟合优度与显著性良好,对工业应用具有一定的理论指导意义和实际参考价值。     

室内颗粒物的稳态置换流净化机制

对室内颗粒物输运扩散进行了机理上的探讨.用时间空间尺度分析方法,把颗粒物通量分解为宏观平均运动δ尺度的平移滑移,湍流运动的η微尺度的湍流扩散,以及分子运动λ尺度的布朗运动4部分,得到颗粒物通量的系综平均表达式及模式计算表达式,并以此分析总结出提高室内颗粒物净化效率的方法,即低流速及低湍流度梯度.采用数值计算比较了稳态置换流与常规点状上进风上排风形成流场的区别,通过现场实测比较了不同方式安装稳态置换流装置的2个房间的颗粒物数浓度随时间变化,提出并应用剂量加权净化效率对净化效果进行了比较.结果表明,稳态置换流的维持弱正压、线状斜对边进排气口布局、低流速及低湍流度等做法能有效提高净化效率并降低能耗.     

Cs在压实膨润土和黏土中扩散行为研究

用扩散池法研究了在室温条件下pH值和溶液浓度对Cs在压实膨润土和黏土中的扩散系数和吸附分配系数的影响。实验测得的扩散曲线符合Fick's第二定律。实验结果表明,Cs在压实膨润土和黏土中的扩散系数均随pH值升高而减小,吸附分配系数随pH值升高无明显变化。Cs在膨润土和黏土中的扩散系数随溶液浓度升高而增大,吸附分配系数随溶液浓度升高而减小。