分层水环境曝气诱导内波形成及破碎的过程与机理

发布时间：2018-10-05 12:50

【摘要】：我国湖泊水库水质污染日益突出,尤其是深水湖库。破坏水温分层是控制该类水质难题的有效方法之一。采用自行设计的分层水库物理模型,在曝气量均为75L/h、跃温层温度梯度0.20~0.50℃/cm范围下,开展了水深80、100、115cm条件下的内波中试,探究了曝气诱导内波破坏水体水温分层的过程,分析了跃温层厚度对内波特性参数及水体混合效率的影响,揭示了内波破坏水体水温分层的机理。主要结论如下:随着跃温层厚度的增大,水体最大的浮力频率增大。在跃温层厚度分别为15、20、24cm时,从初始位置下潜10cm过程中,下潜速度分别为0.83、0.84、1.10m/s,稳定系数分别为0.91、1.73、2.19 g·cm/cm2;相同曝气量条件下,随着跃温层厚度的增加,内波波幅增大,周期减小;跃温层厚度影响内波的形成和水体混合。在曝气量为75L/h和初始温度梯度为0.375℃/cm条件下,开展了无扰动、有减流装置持续扰动和无减流装置持续扰动条件下的中试研究,分析了曝气诱导内波破坏水温分层的过程及内波破碎情况,探究了水体混合效率与内波特征参数的关系,揭示了曝气形成的气水两相流以及内波演变过程中的内波破碎对内波破坏水温分层的影响。相对于有减流装置,无减流装置的持续扰动的完全混合时间减少56.8%,破坏分层期间,其内波波幅、周期、跃温层下潜速度分别约逐渐增大80%、52%和65%。同等条件下,无减流装置持续扰动形成的内波在模型水库传播过程中,Richardson数小于1/4的区域稀少且维持的时间极短,并未发生破碎现象,水体水温混合主要依靠尾迹内波导致的流体质点上下振动。有减流装置持续扰动30min后,在一个60s的气弹释放周期内,在开始前的32s内平均的Richardson数小于1/4,局地的旋转频率大于浮力频率,流体微团的剪切不稳定占据主导地位,水体不稳定机制逐渐增强,导致内波发生破碎,流体质点就转换成湍流模式的运动。
[Abstract]:Water pollution of lakes and reservoirs in China is becoming more and more serious, especially in deep lakes and reservoirs. Breaking water temperature stratification is one of the effective methods to control this kind of water quality problem. Using the self-designed physical model of stratified reservoir, under the range of 75 L / h aeration rate and 0.20 ~ 0.50 鈩，

本文编号：2253452