梯-潭结构型泥石流排导槽消能特征试验研究

梯-潭结构型排导槽是一种适用于大比降沟床条件下的泥石流排导工程措施,因其良好的防治功效和工程价值而具有较好的应用前景。选取泥石流容重、规模和潭深为主要影响因素,通过水槽试验模拟泥石流在梯-潭结构型排导槽中的运动过程。结果表明,潭内表层铺填的砾石在泥石流浆体强烈的紊动和大颗粒冲击碰撞下发生明显的物质交换现象,且排导过渡性泥石流时物质交换现象最为强烈,稀性泥石流次之,粘性泥石流则相对较弱;梯-潭结构型排导槽的消能主要体现在泥石流通过梯-潭结构时泥深变化和加剧紊流两个方面;梯-潭结构的消能效率与潭深呈正相关关系,且消能率基本大于20%,最大消能率可达73.93%。当潭深过大时,梯-潭结构对泥石流表现出明显的拦截作用,虽消能效果明显,但与排导宗旨相悖。而泥石流规模对梯-潭结构消能的影响相对较小,整体呈现规模越小消能率越高的趋势。     

碟形越浪式波能发电装置的三维数值模拟

基于计算流体力学软件的三维数值模拟技术,分析了碟形越浪式波能发电装置的越浪性能,通过构建基于水气两相VOF(Volume of Fluid)模型的三维数值波浪水槽对该装置进行三维数值模拟研究,数值计算结果与物理试验结果相互对比验证较为吻合,验证了所构建的三维数值波浪水槽的可靠性,通过考察装置的坡度、导流叶片个数、干舷高度对越浪性能的影响确定装置的最优结构参数。结果表明,在装置的斜坡面边缘增加回流板可减少波浪的反射,提高装置的越浪性能。在数值模拟中将装置的斜坡面边缘处安装回流板对碟形越浪式波能发电装置参数进行优化,通过分析回流板的长度对装置越浪性能的影响来探索最优回流板长度。     

铀矿井排风放射性尾气在大气中扩散的数值模拟及实验研究

对某铀矿山排风尾气中核素氡在大气中的扩散进行数值模拟,同时建立了物理实验模型,在水槽中进行PIV实验.将数值模拟结果与实验结果进行了对比,发现两者能较好地吻合.结果表明,在排风井下风向200 m以内核素氡浓度衰减较快;随着下风向距离的增大,地面浓度不断降低,到了300 m的位置氡浓度变化缓慢;继续增大距离,地面浓度变化不大.研究方法及结论可以为铀矿区安全防护距离的科学制定提供一定的参考.     

北运河流域河流沉积物中氮磷污染物释放规律

北京市北运河流域属于典型缺水型城市纳污河流,沉积物释放的氮磷污染物已成为阻碍水环境质量持续改善的主要因素。利用自制环形水槽,对不同流速下沉积物中氮磷的动态释放规律进行研究,结果表明,静态条件下,沉积物中氨氮平均释放速率1 136 mg/(m~2·d),磷酸盐平均释放速率为145 mg/(m~2·d),在流速0.05 m/s的缓流水体中,氨氮平均释放速率为1 408 mg/(m~2·d),而磷酸盐平均释放速率为125 mg/(m~2·d)。流速增加会显著促进氮素的硝化作用,使水体中氨氮浓度降低,硝酸盐氮浓度上升。同时,流速增加导致水体中颗粒物含量增加,促进磷吸附行为,水体中磷酸盐浓度下降。     

奥里油漂移扩散特性的实验及数值模拟研究

奥里油是我国目前大量进口的一种新型燃油,由大型油轮从委内瑞拉海运至中国湛江港口。文章以其在运输过程中可能发生的溢油事故为研究对象,对奥里油在水体中的漂移扩散过程进行了数值模拟以及相关实验。考虑到溢油扩散主要是受油品本身的性质(油类、油量、密度、黏度等)以及水流、风速的影响,文章尝试采用计算流体力学FLUENT软件中的VOF模型进行扩散模拟,以水槽溢油实验为模型建立基础,对三维无风速情况下进行气-油-水三相模拟,根据模拟得到的溢油扩散相图与实验所观察的溢油扩散轨迹比较可得出:FLUENT软件中的VOF模型能很好的模拟奥里油溢油扩散运动的情况,其结果与实验观察结果非常吻合。     

基于POM的近海三维水质模型

建立基于POM的近海三维水质模型,考虑到基本方程的选用、边界条件的确定及动边界的引入等。以理想水槽中连续源排放的浓度场预测为例,分别采用中心差分格式、迎风格式与Smolarkiewicz迎风格式分析水质模型的精度。三种格式的计算误差均小于20%,其中Smolarkiewicz迎风格式离散对流项,能有效降低计算中的数值耗散,同时避免中心差分格式产生的物质反向传播等失真现象,更适合于近海水域的水环境模拟及污染物浓度预测。     

风浪扰动条件下沉水植物对水流结构及底泥再悬浮的影响

太湖底泥在风浪条件下的再悬浮及其与上覆水体之间污染物的释放扩散特性研究越来越受到国内外学者的重视,但水生植物的影响机制还有待深入研究。在鼓风式环形水槽种植天然沉水植物苦草,利用三维声学多普勒流速仪ADV研究水流特性,用悬浮颗粒物SPM质量浓度表征底泥再悬浮量,分析不同风速条件下沉水植物水流结构的变化及对底泥再悬浮的抑制作用。结果表明,在大风(8.78m/s)、中风(5.95 m/s)、小风(3.21 m/s)扰动作用下,对照组水槽中水流结构均服从指数分布,且距离水体表层10 cm以内区域流速受风速的影响最明显,垂向变化梯度最大,随水深增加,变化梯度逐渐减小。试验组有沉水植物的水槽水流流速均小于对照组流速,水流结构明显改变,植物有效高度内流速变化缓慢,大、中、小风情况下分别稳定在0.7 cm/s、1.5 cm/s、2.1 cm/s左右;植物层以上区域流速变化梯度则较大,特别是在中风情况下,从1.7 cm/s增加到9.35 cm/s,增加了4.5倍。同时,沉水植物对底泥再悬浮有显著抑制作用,上覆水悬浮物质量浓度降低了90%以上,并最终保持在6.3~13.3 mg/L的低质量浓度状态。     

流速对太湖底泥污染物释放的影响

以太湖底泥为研究对象,在实验室温控和光控条件下,利用循环水槽形成不同的流速,模拟太湖水动力作用,研究不同流速条件对底泥中营养元素释放的影响。结果表明:在一定实验条件下,底泥悬浮的临界流速为3~4 cm/s,一旦超过临界流速,底泥发生悬浮,氮、磷营养元素不断释放到水体中,为藻类的繁殖提供持续不断的养分。但如果流速继续增大,氮、磷等释放速率开始下降。     

泥沙起动临界状态对底泥内源释放的影响研究

通过波浪水槽试验,研究了泥沙起动临界状态时太湖贡湖湾底泥内源释放的特点。结果表明,当底泥处于泥沙起动临界状态时,底泥以上1cm处上覆水中溶解氧在前15min内呈降低趋势,由初始7.5mg/L左右降低至7.0mg/L以下;约20min后,溶解氧总体呈升高趋势,最高达到8.12mg/L;底泥以上1cm处上覆水中硝态氮、亚硝态氮、氨氮和磷酸根等营养盐浓度仅在过程中有不同程度的波动,试验前后基本保持不变。初步研究结果可见,在波浪水槽试验的条件下,泥沙起动临界状态在短时间内能降低水-沉积物界面上覆水的溶解氧浓度,而从环境效应角度看对太湖贡湖湾底泥内源释放没有影响。