入流条件对异重流形式和运动特征的影响

发布时间：2017-09-14 07:41

  本文关键词：入流条件对异重流形式和运动特征的影响

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【摘要】：随着水质型缺水的日益严重,水库逐渐成为我国大多数城市的主要供水水源。在夏季,水源水库容易形成垂向水温正向分层现象,在大量高泥沙含量、高污染负荷的低温暴雨径流进入水库后,会形成不同形式的异重流,在水库的不同区域形成高浊度浑水,给取用水源水库的水厂的生产运行带来诸多困难,直接影响城市供水安全。本文利用自行设计、制作得模型分层水库,进行了不同入流流速、泥沙含量、泥沙粒径条件下异重流的形成和演变实验,主要研究成果如下。选取入流泥沙粒径0.01mm和0.05mm、,泥沙浓度1.25、2.5、3.75、5、7.5g/L,入流速度0.00125、0.0025、0.005、0.0075、0.01m/s,跃温层温度梯度约0.3℃/m,分别进行单因素异重流试验。在入流泥沙浓度1.25-2.5g/L、入流流速0.00125m/s条件下,异重流表现为表层流;在入流泥沙浓度5-7.5g/L、入流流速0.0075-0.01m/s条件下,异重流表现为潜流;在其他条件,异重流均表现为间层流。异重流的表现形式受入流动能和入流与背景水体密度差影响,主要是泥沙颗粒所受重力G,浮力F浮,以及摩阻力和粘性剪切力的共同作用的结果。根据泥沙浓度时空变化和视频摄像结果,随着含沙水流持续流入水库,异重流的厚度逐渐增加直至某一时刻不变,异重流的运动速度逐渐减小。当发生间层流时,随着入流泥沙浓度和入流速度的增加,分离点的深度逐渐增加,内水跃的高度逐渐减小。入流速度、泥沙浓度和泥沙粒径对分层水库中表层流、间层流以及潜流的运动特性均有显著的影响。泥沙浓度对表层流和间层流运动特性的影响规律相似,随着泥沙浓度的增加,表层流和间层流的中间位置深度增加,表层流和间层流的厚度增加,表层流和间层流的运动速度减小;但是对于潜流,随着泥沙浓度的增加,潜流的中间位置深度减小,潜流的厚度增加。入流速度对表层流和间层流运动特性的影响规律相似,随着入流速度的增加,表层流和间层流的中间位置深度增加,表层流和间层流的厚度减小,表层流和部分间层流的运动速度增加。但是对于潜流,随着入流速度的增加,潜流的中间位置深度减小,潜流的厚度增加。泥沙粒径对表层流和间层流运动特性的影响规律相似,随着泥沙粒径的增加,表层流和间层流的中间位置深度增加,表层流和间层流的厚度增加,表层流的运动速度减小;但是对于潜流,随着泥沙粒径的增加,潜流的中间位置深度减小,潜流的厚度增加。
【关键词】：异重流 形成 演变 泥沙浓度 入流速度 泥沙粒径
【学位授予单位】：西安建筑科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TV145
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-24
• 1.1 课题研究背景9-11
• 1.1.1 饮用水源水质现状9-11
• 1.1.2 水资源污染的原因11
• 1.2 异重流的特点以及危害11-13
• 1.2.1 异重流的特点11-12
• 1.2.2 异重流的危害12-13
• 1.3 异重流的国内外研究现状13-20
• 1.3.1 异重流的研究13-16
• 1.3.2 水库异重流的形成研究16-18
• 1.3.3 分层水环境异重流的研究18-20
• 1.4 研究目的及意义20-21
• 1.5 主要研究内容及技术路线21-22
• 1.5.1 主要研究内容21
• 1.5.2 研究技术路线21-22
• 1.6 本研究的特色与创新之处22-24
• 2 试验材料与方法24-31
• 2.1 试验装置24-26
• 2.1.1 模型分层水库24-25
• 2.1.2 电磁流量计25
• 2.1.3 水泵25
• 2.1.4 进水水箱25-26
• 2.1.5 摄像机26
• 2.1.6 空调26
• 2.2 试验方案及测试方法26-29
• 2.2.1 试验方案26
• 2.2.2 取样及泥沙浓度的测量26-28
• 2.2.3 初始水温分层测量方法28-29
• 2.3 数据分析方法29-31
• 3 分层水库异重流的表现形式及演变特征31-46
• 3.1 分层水库异重流的表现形式31
• 3.2 异重流的演变过程31-37
• 3.2.1 表层流的演变过程31-33
• 3.2.2 间层流的演变过程33-36
• 3.2.3 潜流的演变过程36-37
• 3.3 受力分析37-39
• 3.4 间层流分离点和水跃高度分析39-44
• 3.4.1 间层流的初始演变过程39-41
• 3.4.2 分离点分析41-42
• 3.4.3 内水跃分析42-44
• 3.5 本章小结44-46
• 4 分层水库异重流运动特性的影响因素46-57
• 4.1 泥沙浓度对分层水库异重流运动特性的影响46-50
• 4.1.1 泥沙浓度对形成表层流运动的影响46-47
• 4.1.2 泥沙浓度对形成间层流运动的影响47-49
• 4.1.3 泥沙浓度对形成潜流运动的影响49-50
• 4.2 入流速度对分层水库异重流运动特性的影响50-53
• 4.2.1 入流速度对形成表层流运动的影响50-51
• 4.2.2 入流速度对形成间层流运动的影响51-52
• 4.2.3 入流速度对形成潜流运动的影响52-53
• 4.3 泥沙粒径对分层水库异重流运动特性的影响53-56
• 4.3.1 泥沙粒径对形成表层流运动的影响53-54
• 4.3.2 泥沙粒径对形成间层流运动的影响54-55
• 4.3.3 泥沙粒径对形成潜流运动的影响55-56
• 4.4 本章小结56-57
• 5 结论和建议57-59
• 5.1 结论57-58
• 5.2 建议58-59
• 致谢59-60
• 参考文献60-67
• 硕士研究生学习阶段发表成果67

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本文编号：848781