分层水环境曝气诱导形成内波的过程与特性

采用分层水库模型,在平均温度梯度为0.37℃/cm条件下,开展了系统的曝气诱导内波的中试研究.分析了曝气诱导形成内波的过程,探究了曝气诱导形成内波的类型,重点揭示了曝气扰动源形式和跃温层厚度对内波形成过程和特性的影响.实验结果表明：扬水曝气产生的气水两相流是一种非定常的周期性扰动源,气水两相流的尾迹带动整个模型水体上下振动,这种振动在分层水体跃温层处诱导形成内波.从激发源角度上说,它是一种尾迹效应波.气弹释放周期在44.06～58.69s之间时,内波波高达到最大,当气弹释放周期达到180s时不能形成连续的内波;曝气器出流口增大,内波波高、周期呈增大趋势.分层水体的跃温层厚度也影响内波的形成,相同温度梯度条件下,随着跃温层厚度的增加,内波的波高、周期随之增大.     

曝气诱导内波破坏水库水温分层的过程与效果

针对传统的水库破坏分层技术的低效率、高能耗等普遍问题,研制了能模拟基于自然对流而形成水温分层的中试模型水库,研究了曝气诱导形成内波混合破坏水温分层的可行性,过程和效果.扬水曝气产生的周期性出流能作为扰动源,在分层水环境中诱导形成内波.内波频率及波幅与曝气量有关.在曝气量0.07~0.28m3/(m2·h),跃温层温度梯度0.29~0.48℃/m的中试条件下,内波破坏分层过程主要以减小表层和底层水温差别、驱使跃温层下潜、等温层变薄为特征,破坏分层的速度与曝气量正相关、与温度梯度负相关.内波通过垂向振荡和横向传播,促进不同温度的水层之间的热交换.相对传统的循环水流混合,在温度梯度约0.32℃/m和0.46℃/m的条件下,当曝气量从0.07m3/(m2·h)逐渐增加到0.28m3/(m2·h)时,内波混合可分别将破坏分层效率提高25.0%~40.0%和41.2%~60.0%.     

深水内波条件下井喷原油扩散规律数值仿真分析

为研究深水内波条件下井喷原油扩散问题,基于计算流体动力学CFD方法,建立深水内波条件下的溢油扩散后果预测模型,研究深水溢油在内波流场中的扩散规律,评估溢油在内波流中的上浮时间、扩散距离等关键风险参数,探讨内波工况、井喷流量及海况条件对深水溢油扩散行为和后果的影响。研究表明:泄漏原油喷射涌入海水中形成射流和羽流,向下部海流出口方向偏移,上升至250m处原油破碎分散为小油滴,受内波剪切作用,扩散范围增大,并向上部海流出口方向偏移,溢出点位置位于泄漏口正上方附近;内波流速变化对原油运移至海面所需时间无明显影响,对横向扩散参数有较明显影响;泄漏速率变化对原油的溢出时间和横向扩散参数均有较明显影响;海况条件对原油溢出时间、运移过程和扩散范围均有较明显影响,其中内波条件下,井喷溢油造成的危害最大。     

曝气诱导内波破坏水库水温分层的机理

采用自行设计的分层水库物理模型,在温度梯度分别为0.18~0.60℃/cm条件下,分析了曝气诱导内波破坏模型水库有限水体水温分层的过程,探究了跃温层下潜速度与内波特征参数的关系,揭示了内波破坏水温分层的机理.实验结果表明:分层水体完全混合之前,曝气诱导的内波一直存在于跃温层内部;内波波幅在跃温层中部较大、边缘较小.破坏分层期间,跃温层从初始位置逐渐下潜至底部时,下潜速度从0.24m/s逐渐减小到0.08m/s,但内波持续时间、周期、波幅分别约逐渐变大100%、200%和33%;同等条件下,跃温层下潜速度随着温度梯度的增加而减小;内波在模型水库有限分层水体横向传播过程中,并未发生破碎现象,内波主要依靠流体质点垂向的上下移动促使水体混合,与海洋等开放水体中内波破碎导致水体混合的传统机理不同.     

从内波SAR图像中提取跃层深度和内波振幅的非线性方法

针对SAR图像进行内波参数提取方法的不足:非线性方法将跃层深度作为已知量,将跃层深度作为未知量却用了线性方法.本文将根据非线性内波KdV方程的频散关系,结合半日潮假定并利用从SAR图像上得到的半波宽度,提出了非线性框架下同时从内波SAR图像反演内波振幅及跃层深度的方法.然后利用实测数据和内波SAR图像数据对此方法进行了分析,所得结果较理想.最后根据倾斜底地形内波波包的周期验证了文中所用半日潮假定的正确性.