环境地学

X143 200101284紊动水体复氧规律研究/李然…(四川大学高速水力学国家重点实验室)//环境科学学报/中科院生态环境研究中心一20(X),20(6)一723一726 环图X一9 根据紊动扩散理论及气液界面质量传递过程,在对流场精确描述和对表面传质系数充分研究的基础上,建立了三维紊动水体复氧模型。模型充分考虑了流场及紊动特性对复氧影响。图4参7X1442(X) 101285黄土高原南部土壤退化机理研究/李光录(西北农林科技大学环境学院)//云南环境科学/云南省环境科学研究所一2000,l9(增刊)一89、92 环图X一98环境地学~~…     

紊动水体大气复氧系数研究进展

简述了影响水体中溶解氧浓度的大气复氧速率的主要因素，系统分析了自１９２４年以来国内外对紊动水体复氧系数的理论和实验和发展过程及其研究成果，对其中存在问题进行了分析探讨，认为目前众多的复氧理论和公式大多不能直接用于天然河流，要通过复氧实验确定复氧系数，并对今后这一领域的研究进行了展望。     

温度和盐度分层流的二维应力-通量代数湍流模型

以Navier Stokes方程和应力 通量代数湍流模型为基础,建立了温度和盐度分层流的应力 通量代数模型,模型不仅在控制方程中计及密度变化,而且在应力和通量的代数关系中含有浮力项,从而自动地计及浮力对紊动的影响.另外紊动平均量控制方程中的紊动项是由应力 通量模型计算,较好地体现了湍流各向异性的特征.为验证模型的正确性,对同时存在温度和盐度梯度的密度分层流进行了数值模拟计算,结果正确地反映了分层及紊动各向异性的特征,与实测结果吻合较好.     

紊动对水体中有机物降解影响的实验

利用专门设计的紊动诱发装置,对不同紊动强度水体进行了紊动对有机物生物降解影响的实验研究．通过３种不同紊动强度的实验,发现紊动对有机物的降解有明显的影响紊动强度越大,有机物的降解率和降解速度越大．通过对较高紊动强度水体的降解实验数据分析发现,在水体有紊动时,有机物的降解反应并不遵循一级反应动力学。     

紊流作用下泥沙释放磷的试验及数值模拟

为研究水体紊动对泥沙释放污染物的影响,引入近似均匀紊流模拟装置,开展不同强度紊动作用下泥沙运动释放磷动态过程及基本规律的试验,研究表明:紊动扩散作用对泥沙解吸释放磷有着十分重要的影响,紊动较弱时,泥沙尚未起动,床面泥沙颗粒吸附的磷元素解吸至孔隙水中,在垂向紊动扩散作用下输送至上覆水中,将使得上覆水中溶解态磷浓度增大;紊动作用较强时,泥沙逐渐悬扬至水体中,悬浮泥沙颗粒吸附的磷元素直接解吸至上覆水中,泥沙浓度越高,溶解态磷含量增长速率越大,达到平衡的时间越短.通过耦合紊流模型、水流泥沙数学模型、污染物对流扩散模型和Langmuir吸附动力学方程建立了紊动作用下泥沙释放磷的垂向一维数学模型,针对试验条件进行数值模拟,模拟结果与试验数据吻合较好,平均相对误差低于10%,可为模拟天然水体中泥沙悬浮释放磷的时空演化提供参考.     

紊流作用下泥沙释放磷的试验及数值模拟

为研究水体紊动对泥沙释放污染物的影响,引入近似均匀紊流模拟装置,开展不同强度紊动作用下泥沙运动释放磷动态过程及基本规律的试验,研究表明:紊动扩散作用对泥沙解吸释放磷有着十分重要的影响,紊动较弱时,泥沙尚未起动,床面泥沙颗粒吸附的磷元素解吸至孔隙水中,在垂向紊动扩散作用下输送至上覆水中,将使得上覆水中溶解态磷浓度增大;紊动作用较强时,泥沙逐渐悬扬至水体中,悬浮泥沙颗粒吸附的磷元素直接解吸至上覆水中,泥沙浓度越高,溶解态磷含量增长速率越大,达到平衡的时间越短.通过耦合紊流模型、水流泥沙数学模型、污染物对流扩散模型和Langmuir吸附动力学方程建立了紊动作用下泥沙释放磷的垂向一维数学模型,针对试验条件进行数值模拟,模拟结果与试验数据吻合较好,平均相对误差低于10%,可为模拟天然水体中泥沙悬浮释放磷的时空演化提供参考.     

河流一维水质模型在水环境容量计算方面的应用

以断面平均的一维动态ＣＯＤ水质模型为基础，采用近代紊流动力学大涡体模拟理论求出紊动扩散系数Ｅｘ，并用此模型验证计算了南方某一河段的ＣＯＤ浓度分布和ＣＯＤ容量。     

水流紊动特性对活性污泥沉降性能的影响

为优化活性污泥处理系统的设计和运行,在SBR反应器中通过改变搅拌浆的转速,调整水流的紊动条件,借助粒子图像测速技术分析了反应器内水流的紊动特性,研究了反应器内不同区域紊动强度对活性污泥沉降性能的影响.结果表明,搅拌浆叶周围15mm的范围内,紊动强度远高于距桨叶更远的区域,距离浆板5mm的1-1断面和距离浆板60mm的3-3断面搅拌轴心处的紊动强度值分别反映了反应器搅拌主体区和其他区的紊动特征.随搅拌浆转速的增加,反应器内各区域的紊动强度逐渐增加,活性污泥的沉降性能表现出先改善后恶化的规律.当反应器搅拌主体区紊动强度1.51%,其他区紊动强度0.31%时,本试验条件下形成的活性污泥沉降指数(SVI)达到最小值67mL/g,界面沉降速率(ZSV)达到最大值0.20mm/s,活性污泥的沉降性能最佳.搅拌主体区范围较小,紊动强度较高,增强该区的紊动强度会加剧污泥的侵蚀破坏;其他区范围较大,紊动强度较低,增强该区的紊动强度对改善污泥的沉降效果作用明显.工程中可通过降低搅拌主体区的紊动强度,选择其他区适当的紊动强度,改善活性污泥的沉降性能.     

多级跌坎跌水复氧过程及影响因素试验研究

跌坎作为连接水流上下游的主要措施,水流在跌落过程中其溶解氧迅速增加。以水体氧亏率为指标,研究多级跌坎水流流态为自由跌落水流时的水体复氧过程和机理,结果表明:可将水流自跌坎跌落至下一级跌坎上的整个区域分成水舌空中跌落区(I)、回水区(II)、冲击与水跃区(III)和水流平顺区(Ⅳ),水舌空中跌落区和冲击与水跃区为复氧的主要区域,水体在空中与大气充分接触以及水流流动过程中的自掺气是水体复氧的主要途径;水流流经跌坎时的氧亏率随着单级跌坎高度、多级跌坎级数、跌坎总坡度和流量的增加而增加,与水流紊动程度呈正相关,随着跌坎雷诺数的增大而增加。     

高含沙紊动系统中影响泥沙和铜垂向分布的关键因素分析

采用谐振式紊动模拟装置和回归正交设计试验方法，研究了均匀紊乱条件下高浓度固液两相系统中初始投沙量、颗粒级配和紊动强度等因素对泥沙和铜浓度垂向分布的影响，得到了泥沙吸附铜量、水相铜浓度和含沙量与各因素变量间的回归方程，结果表明，投沙量与泥沙吸附铜量和水相铜浓度之间呈负相关关系；紊动强度与泥沙吸附铜量和含沙量之间呈正相关关系，回归正交试验结果进一步表明，泥沙吸附铜量和水相铜浓度均与投沙量显著相关，各因素对两者的影响程度均以投沙量影响为最大，而且远远大于紊动强度和颗粒级配的影响，三因素对铜的水沙分配没有交互作用影响，沿垂向分布的实际含沙量与投沙量、紊动强度及其交互项显著相关，投沙量影响最大。     

Effect of hydrodynamic characteristics on reaeration process

The equilibrium-perturb technique was used in the flume reaeration experiment.The interfacial mass transfer coefficients of DO were obtained by implementation of the oxyge-flux theory in the study.The turbulency characteristics of the flow field were investigated by numerical simulation approach.The expression of interfacial mass transfer coefficient related with velocity and turbulence kinetic energy was built.Examination with the experimental datum of different cases showed the validation of the expression.     

人为扰动下河流复氧激增现象及机制分析

为探究河流复氧规律及其机制,研制出改变河道局部水流流速的深控型水平推流曝气装置,并使用该装置在天津市外环河中进行原位试验,探究人为扰动对河流复氧系数的影响.试验结果表明,装置工作时纵向流速提高至40cm/s,最大增幅22倍;水体溶解氧浓度提高0.6~1.7mg/L,约10%.研究发现,经典的Owens等5组河流复氧系数经验公式均低估了扰动下的复氧系数,试验均值约为49.5d^-1,是理论值的10~100倍,即河流复氧在人为扰动下发生激增现象.分析成因表明,湍流动能与河流复氧系数显著正相关,区别于自然流动,人为扰动提升了水体纵向和垂向湍流动能,加速了中下层水体溶解氧扩散,提高了复氧率,进而发生了复氧激增现象.研究成果为提升城市河流水质的水力学方法提供了科学依据.     

喷雾脱硫时拐形流道内烟气与水雾间传热传质过程研究

本研究在冷态的基础上 ,就单拐形流道内烟气与水雾间传热传质过程进行理论及实验研究。理论上考虑了水雾相的作用 ,提出了对烟气动量方程的修正模型。对拐形流道内烟气单相传热与流动 ,采用K ε湍流模型。两相流动采用两相分离流模型 ,由Lagrange方法求解 ;实验中 ,通过调节多种工况参数 ,结合理论计算最终得出了对烟气脱硫及分离的优化设计     

采用微电极测定溶解氧有效扩散系数的研究

生物载体内部溶解氧的传质是影响载体同步硝化反硝化性能的重要因素.介绍了一种以溶解氧微电极为测试工具,获得球形生物载体内部溶解氧扩散系数的方法.采用自制的溶解氧微电极检测沿载体半径方向上的溶解氧分布,结合扩散-反应方程拟合获得载体内部的溶解氧有效扩散系数.结果表明,在载体填充率为25%的情况下,连续流球形载体反应器可实现同步硝化反硝化,对有机物的去除负荷达到5.6 kg/(m³·d).沿载体半径方向里层1/2区域范围内溶解氧消耗为零,载体内能够形成明显的缺氧/厌氧区.溶解氧分布曲线的拟合结果表明,载体内部溶解氧有效扩散系数为0.017?2　m²/d,传质过程以紊动传质为主.     

新OG系统旋流脱水器气液分离特性数值研究

根据旋流脱水器的内部流动特性,基于欧拉-拉格朗日方法,对旋流脱水器内部气液两相流动进行了数值计算和分析,研究了液滴直径、进口质量含气率和湍流扩散效应对流场分布、脱水效率、出口质量含气率和出口液滴粒度分布的影响.结果表明：当质量流量一定时,旋流脱水器进出口压降随着进口质量含气率的增加而显著提高.对于单一直径的液滴,在不考虑湍流扩散效应的情况下,脱水效率随进口质量含气率的增加而增加.当考虑湍流扩散效应时,对于直径较小的液滴（0.1~1μm）,这种规律刚好是相反的,连续相速度的增加提升了湍流扩散速度,使湍流运动更加紊乱,但脱水效率高于不考虑湍流扩散效应时的计算结果.在混合粒径条件下,随着进口质量含气率的增加,脱水效率和出口质量含气率增加,计算表明湍流扩散效应有利于混合直径液滴的分离.随着进口质量含气率的增加,液滴质量分数的峰值逐渐向小粒径方向移动,粒径分布范围逐渐减小.     

垂向湍流扩散和光耦合对下沉藻增长的影响——基于内陆混浊湖泊(太湖)分析

在假设温度恒定、弱化营养盐限制作用的条件下,利用太湖背景漫射衰减系数、日变化太阳辐射等数据,通过下沉藻生长与水环境相结合的耦合模型,模拟下沉藻增长过程中垂向湍流扩散和光之间的耦合.结果表明：在相对清洁水体中（背景漫射衰减系数小于1.1/m）,下沉藻类无需垂向湍流扩散均可维持增长;混浊水体中（背景漫射衰减系数介于1.1~3.0/m）下沉藻类增长需垂向湍流扩散维持,且最低垂向湍流扩散值随背景漫射衰减系数增大而增大,二者间存在指数函数关系;最低垂向湍流扩散（D）、水深（z）与藻类下沉速度（v）间的佩克莱数应位于0.38~13.89,否则垂向湍流扩散对比其他因素（藻类沉降和光衰减）,对水柱中下沉藻类的增长的作用甚小;当背景漫射衰减系数大于3.0/m,水柱平均光能可能难以满足藻类增长,藻类持续消亡.该研究有助于厘清气候变化背景下水生生态系统中的浮游植物种群演替机制.     

T型街谷交叉路口机动车诱导下污染物传播规律

为了探究车辆转弯行驶对于T型街谷交叉路口处空气流动以及污染物扩散的影响,本文建立了该系统中车辆移动下空气流动与污染物传播耦合数学模型,采用计算流体力学方法,揭示T型街谷交叉路口处车辆诱导下的机械湍流特性,并且基于场协同理论量化了车速对污染物扩散的影响.结果表明,在不同速度的转弯过程中,转弯速度增加使得车辆诱导的湍动能也...     

油污染全场模拟的湍浮力流动k-ε模型

以通用的k-ε湍流模型为基础,针对油—水两相流动体系的特点,提出了油污染全场模拟的湍浮力流动k-ε模型.模型不仅在控制方程中计及了密度变化,而且在控制方程中加进了浮力项,并对湍流Schmidt数也作了浮力修正.从而计及了浮力对紊动的影响.结果表明,模型的模拟效果非常满意.