發(fā)布時(shí)間：2018-01-23 09:08

  本文關(guān)鍵詞： 溫度分層 密度流 間層流 分層強(qiáng)度 水庫(kù)泥沙間層流　出處：《武漢大學(xué)》2016年博士論文　論文類(lèi)型：學(xué)位論文

【摘要】：大型水庫(kù)修建蓄水后,形成龐大的水域,庫(kù)區(qū)內(nèi)的水體流動(dòng)緩慢或趨于靜止,在太陽(yáng)輻射下,水庫(kù)內(nèi)的水體在垂向上呈現(xiàn)季節(jié)性溫度分層的現(xiàn)象。入庫(kù)水體與環(huán)境水體之間存在密度差異和水庫(kù)水體溫度分層的存在,入庫(kù)水流在溫度分層水庫(kù)中會(huì)形成不同形態(tài)密度流,包括表層流、間層流和底層流。密度流在水庫(kù)中運(yùn)動(dòng)形態(tài)的不同,會(huì)直接影響入流水體中含有的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、污染物或者泥沙顆粒在水庫(kù)中的運(yùn)動(dòng)和分布,進(jìn)而影響水質(zhì)及水生態(tài)環(huán)境。因此研究溫度分層水體中密度流的運(yùn)動(dòng)特性,對(duì)掌握溫度分層水庫(kù)中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、污染物和泥沙顆粒的輸移規(guī)律具有重要的意義。本文在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)實(shí)現(xiàn)水體穩(wěn)定溫度分層的基礎(chǔ)上,通過(guò)理論分析、水槽試驗(yàn)和數(shù)值模擬相結(jié)合的方法,對(duì)溫度分層水體中密度流運(yùn)動(dòng)特性,尤其是間層流的運(yùn)動(dòng)特性進(jìn)行了研究。首先,分析了入流條件和分層條件對(duì)間層流形成的影響,探討了溫度分層水體中間層流的運(yùn)動(dòng)機(jī)理；其次,理論推導(dǎo)了分層強(qiáng)度對(duì)間層流運(yùn)動(dòng)時(shí)間的影響,并通過(guò)模型試驗(yàn)和數(shù)值模擬進(jìn)行驗(yàn)證；最后,研究了挾沙水流在溫度分層水體中的泥沙間層流現(xiàn)象。主要的研究?jī)?nèi)容如下：1、在試驗(yàn)水槽中,通過(guò)多個(gè)加熱棒等高度等溫度的加熱方式實(shí)現(xiàn)了環(huán)境水體的垂向溫度分層,并且垂向的溫度分層在橫向方向上基本保持一致；研究了溫度分層的環(huán)境水體下的密度流運(yùn)動(dòng),表明了溫度分層是水庫(kù)中能夠產(chǎn)生“夾心層”的間層流運(yùn)動(dòng)的基礎(chǔ)。2、研究了溫度分層水體中間層流的形成過(guò)程。理論分析了入流條件和分層條件對(duì)分離點(diǎn)深度和間層流厚度的影響,與試驗(yàn)結(jié)果一致。以間層流中心的高度來(lái)表征密度流的侵入深度,試驗(yàn)結(jié)果表明溫度分層水體中間層流的侵入深度與入流流體的浮力通量和環(huán)境水體的分層強(qiáng)度有關(guān)。溫度分層水體中,入流和溫度分層水體之間還存在著溫度摻混,溫度摻混是導(dǎo)致溫度分層水體中的間層流侵入深度較小的主要原因。3、采用立面二維的RNG k-ε模型模擬了溫度分層環(huán)境水體中的表層流、間層流和底層流運(yùn)動(dòng)。研究了不同溫度的入流水體在同一溫度分層環(huán)境下的密度流運(yùn)動(dòng),結(jié)果表明入流和分層的環(huán)境水體之間的摻混作用對(duì)密度流的運(yùn)動(dòng)形態(tài)有著重要影響,密度流在溫度分層環(huán)境下的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中還存在溫度摻混。提出了用摻混系數(shù)Γ3來(lái)定量化地描述密度流在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的溫度摻混,采用無(wú)量綱參數(shù)Ric來(lái)描述摻混作用對(duì)密度流運(yùn)動(dòng)形態(tài)的影響,當(dāng)Ric1時(shí),入流水體在環(huán)境水體中會(huì)形成間層流；當(dāng)Ric1時(shí),入流水體會(huì)形成底層流。4、理論分析了溫度分層強(qiáng)度對(duì)分層水體中間層流運(yùn)動(dòng)時(shí)間的影響,并通過(guò)水槽試驗(yàn)及數(shù)學(xué)模擬進(jìn)一步研究了不同分層強(qiáng)度下的間層流運(yùn)動(dòng)。研究結(jié)果表明間層流在分層水庫(kù)中的運(yùn)行時(shí)間隨著環(huán)境水體分層強(qiáng)度的增加而減小。5、試驗(yàn)觀(guān)測(cè)了含沙水流在溫度分層水體中的泥沙間層流運(yùn)動(dòng)。當(dāng)泥沙顆粒足夠細(xì)的時(shí)候,含沙水流在溫度分層水體中能夠形成間層流運(yùn)動(dòng)�？紤]了泥沙顆粒大小對(duì)含沙水流運(yùn)動(dòng)的影響,建立了模擬溫度分層水體中含沙水流運(yùn)動(dòng)的立面二維數(shù)學(xué)模型,并對(duì)不同粒徑下的含沙水流運(yùn)動(dòng)進(jìn)行了模擬計(jì)算。計(jì)算結(jié)果表明,泥沙顆粒的粒徑越小,含沙水流在分層水體中越容易以泥沙間層流的形式運(yùn)動(dòng)；當(dāng)泥沙顆粒的粒徑較大時(shí),含沙水流基本上以底層流的形式運(yùn)動(dòng)。
[Abstract]:In this paper , the influence of inflow condition and stratification condition on laminar flow in layered water body is studied . In this paper , the influence of temperature stratification intensity on laminar flow velocity in stratified water body is analyzed . The results show that the running time of laminar flow in stratified reservoir is decreased with increasing of layered intensity of environment water .

【學(xué)位授予單位】：武漢大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TV697.21

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本文編號(hào)：1457251