水生植被作為天然河道的重要組成部分,也是生態(tài)河道不可缺少的一部分。因為植被的存在,使得河流的水流特性與污染物擴散變得更加復(fù)雜,一直以來有著許多問題需要深入研究。本文通過順直水槽試驗系統(tǒng)模擬河道,利用人造水草模仿自然植被,采用粒子圖像流速儀（PIV）與平面激光誘導(dǎo)熒光（PLIF）技術(shù),研究了植被存在對明渠水流特性和污染物濃度場的影響。詳盡分析了植被密度、淹沒度的變化對含植被水流的水位、流速、雷諾應(yīng)力及紊動強度的影響,以及植被密度、淹沒度的變化對含柔性植被水流污染物在橫向與垂向時均濃度場、濃度半寬與混合程度影響。主要包含以下幾項研究成果:（1）植被存在對明渠水位產(chǎn)生影響,植被區(qū)前段出現(xiàn)水位壅高;植被區(qū)中后段水位逐漸下降;出口段由于水躍現(xiàn)象水位逐漸升高�？刂破渌蛩夭蛔�,水位隨植被密度、淹沒度的增加而增加,淹沒度增加水面坡降值減少。淹沒度的改變對水位影響較大。（2）含淹沒柔性植被水流的縱向流速可沿垂向分為三區(qū)。流速分區(qū)與植被形狀相關(guān)。不同植被密度下的縱向流速以植被冠層頂部為界（1.0z/hv）呈不同規(guī)律,植被冠層頂部以上流速隨植被密度增大而增大,植被冠層頂部以下流速隨植被密度增大而減小�？刂�... 

【文章來源】：西安理工大學(xué)陜西省

【文章頁數(shù)】：67 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

技術(shù)路線圖

試驗裝置況72試驗裝置與工況2.1試驗裝置本試驗采用平底順直有機玻璃水槽，長7.3m，寬0.3m，高0.2m。試驗裝置由水箱、供水泵、排水泵、穩(wěn)水裝置、流量控制系統(tǒng)等組成，流量控制系統(tǒng)通過電磁流量計、電磁調(diào)節(jié)閥、PID控制器等組成，用以精確控制進水流量。電磁流量計用于反饋供水管路中實時流量，通過PID控制器用以調(diào)節(jié)電磁調(diào)節(jié)閥的開啟度近而改變水槽供水流量。水槽前端進水處設(shè)有由鵝卵石和圓孔進水擋板組成的消能穩(wěn)水裝置，用于形成穩(wěn)定的均勻流。通過調(diào)節(jié)下游處尾門高度控制試驗設(shè)計水位。試驗裝置圖見圖2-1。系統(tǒng)共有兩臺水泵，一臺供水泵，功率為1.5KW，流量23m3/h，揚程13m；一臺排水泵，功率2.2KW，流量25m3/h，揚程13m。圖2-1試驗裝置示意圖Fig2-1Schematicdiagramofthetestdevice2.2測量儀器的選擇及其原理2.2.1水位測針使用水位測針進行水位測量。本試驗所選用的測桿刻度為30cm。測針針尖直徑為0.25mm，游標(biāo)最小度數(shù)為0.1mm，測桿刻度全長內(nèi)誤差為≤0.18mm。（1）根據(jù)試驗設(shè)計布置水槽，按照設(shè)計排列方式布置植被；（2）開啟水泵，調(diào)整流量至試驗設(shè)計值，調(diào)節(jié)尾門高度使控制斷面水深達到試驗

饔?xùn)V?荽?硐低乘牟糠腫槌傘＠?玫ぢ驞antec公司的丹迪離子圖像測速儀進行流速測量，使用DynamicStudio5.1軟件進行數(shù)據(jù)的收集與處理，儀器測速范圍為0-1000m/s，測定準(zhǔn)確度為1%；采用Beamtech公司的激光器，激光器功率為350mJ，測量頻率5Hz。采用FlowSense的高速CCD相機，相機分辨率2048×2048像素。在PIV實際運用中，向流場中加入示蹤粒子能夠提高數(shù)據(jù)的精度。示蹤粒子必須滿足以下3個條件：(1)良好的流動跟隨性；(2)較好的光學(xué)散射性；(3)在水體中具有一定規(guī)模的數(shù)量。選用直徑10μm，密度1.1g/cm3的空心玻璃珠做示蹤劑，如圖2-2所示。并保證空心玻璃珠均勻分布于水流中。圖2-2實驗用示蹤粒子Fig2-2Tracerparticlesforexperiment2.2.3平面激光誘導(dǎo)熒光（PLIF）平面激光誘導(dǎo)熒光(PLIF)技術(shù)是一種新型流動顯示與流動測量方法，激光誘導(dǎo)熒光指熒光物質(zhì)（如羅丹明6G，熒光素納等）在激光的誘發(fā)下吸收特征頻率的光子發(fā)出熒光，由于低濃度時熒光強度和示蹤劑濃度成線性關(guān)系，因此，可以通過檢測熒光強度達到測量濃度的目的。PLIF技術(shù)利用激光片光照射研究區(qū)域從而獲得平面二維信息。PLIF

【參考文獻】：
期刊論文
[1]柔性淹沒植被的排列方式對水流特性的影響[J]. 樊新建,雷鵬,王成,劉光耀.  華中科技大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版). 2020(03)
[2]用浸沒邊界-格子Boltzmann方法模擬雙層剛性植被明渠水流特性[J]. 周睿,程永光,吳家陽,黃澤浩.  水動力學(xué)研究與進展（A輯）. 2019(04)
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[4]平面激光誘導(dǎo)熒光法測量射流混藥濃度場研究[J]. 管賢平,邱白晶,龔艷,董曉婭,歐鳴雄,董立立.  農(nóng)業(yè)工程學(xué)報. 2018(23)
[5]明渠漂浮植被水流內(nèi)部能量損失和傳遞規(guī)律研究[J]. 槐文信,鐘婭,楊中華.  水利學(xué)報. 2018(04)
[6]基于PIV的橫流中射流軌跡與擴散特性試驗研究[J]. 李文斌,顧杰,匡翠萍,王媛.  水動力學(xué)研究與進展（A輯）. 2018(02)
[7]剛性淹沒球冠狀植被水流特性試驗研究[J]. 趙芳,Aristotelis Mavrommatis,Anastasios Stamou,槐文信,楊中華.  水利學(xué)報. 2018(03)
[8]利用數(shù)字圖像處理技術(shù)測量濃度場的實驗研究[J]. 顧杰,鄭宇華.  水動力學(xué)研究與進展（A輯）. 2016(06)
[9]不同動力環(huán)境下孔間距對雙孔射流特性的影響[J]. 江東勃,陳永平,田萬青,孫樸,王婭娜.  水利水電科技進展. 2016(05)
[10]波浪環(huán)境下多孔射流水動力特性試驗[J]. 陳永平,田萬青,方家裕,江東勃.  水科學(xué)進展. 2016(04)

碩士論文
[1]植被渠道水流和污染物輸移擴散三維數(shù)值模擬[D]. 朱蘭燕.大連理工大學(xué) 2008
[2]基于PIV技術(shù)的射流濃度場擴散試驗研究[D]. 李榮輝.河海大學(xué) 2005



本文編號：3301770