圆柱型水工建筑物对水体中污染物迁移扩散特性的影响研究

发布时间：2020-04-08 01:02

【摘要】：在桥梁、码头等水工建筑物附近,车辆、轮船聚集,交通状况复杂,极易因交通事故等导致污染物泄漏,成为环境保护的重点关注区域。同时,桥墩、高桩等圆柱型水工建筑物导致的绕流现象使流场在空间分布上表现为大量的漩涡,流动异常复杂,给污染物的输移路径和影响范围预测带来巨大的挑战。研究圆柱型建筑物对于污染物输移的影响对于环境污染控制具有重要的理论意义和现实意义。主要工作和结论如下:(1)比较常用紊流模型对于圆柱体周围流场和压强场分布的定量影响,评估紊流模型的适用性。在所研究的紊流模型中,k-ε和Reynolds Stress紊流模型对圆柱周边压力系数的模拟表现最好;k-ε紊流模型与平均阻力系数实验结果具有最高的一致性,相对误差仅为1.02%;在流场结构模拟方面,k-ε紊流模型优势明显,模拟效果最好。综合比较受力特性和流场计算结果,6种紊流模型中RNG k-ε湍流模型最适合模拟柱绕流现象。(2)通过研究单圆柱体周围浓度场的分布特性,提出了双点源模型计算方法,揭示污染物在单圆柱体周围的迁移扩散机制。污染物在尾流区沿流动方向的横向浓度分布依次表现为三种形式,即双峰结构、单宽峰结构、准正态分布结构。污染物浓度分布主要取决于流场中涡体脱落、涡体移动、流场结构和涡量耗散四个方面的影响。根据流场对污染物浓度分布的影响机制,提出了双点源模型,将下游浓度场等效为圆柱体上下两侧的两个点源在尾流流场中所产生的浓度场,建立了污染物浓度与尾流区各点坐标的定量关系为C=f(x,y),计算结果和数值结果具有较好的一致性。(3)研究双圆柱并联和串联方式下污染物绕流浓度场分布特性,揭示了圆柱间相互作用对于浓度分布的影响机制。双圆柱并列条件下,当间距比G/D≥2时,双圆柱各自产生的尾流涡街相互影响程度较弱,可以忽略其对污染物扩散的影响。双圆柱串列条件下,当G/D≤0.25时,双柱串列对于浓度场的影响可视为一个整体;当0.25G/D2时,污染物横向扩散速度最大。(4)研究三圆柱不同布置方式下污染物绕流浓度场分布特性,揭示了多圆柱间相互作用对于浓度分布的复杂影响机制。三圆柱并列条件下,由于受到上下两个圆柱尾流流场的影响,当G/D=2时的污染物扩散范围最小。在不同间距比条件下,污染物浓度脉动强度分布沿程随x/D的增加,均表现出先增加后减小的变化趋势。三圆柱串列条件下,污染物迁移扩散的过程与双圆柱串列相似,污染物的横向扩散范围经历了先增加后减小的过程。
【学位授予单位】：中央民族大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：X52

【参考文献】

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1 于定勇;崔肖娜;唐鹏;;并列双圆柱绕流的水动力特性研究[J];中国海洋大学学报(自然科学版);2015年05期

2 郝鹏;李国栋;杨兰;陈刚;;圆柱绕流流场结构的大涡模拟研究[J];应用力学学报;2012年04期

3 杨安梅;吕林;董国海;滕斌;;附属多圆柱绕流的数值模拟[J];中国海洋平台;2009年06期

4 滕丽娟;张志伟;武燕蕾;;湍流模型下双柱绕流升阻力系数数值模拟[J];河北工程大学学报(自然科学版);2009年02期

5 杨纪伟;滕丽娟;胥战海;;多圆柱绕流旋涡脱落和流场形态概论[J];人民长江;2009年03期

6 涂程旭;王昊利;林建忠;;圆柱绕流的流场特性及涡脱落规律研究[J];中国计量学院学报;2008年02期

7 邹冰;李东风;张红武;;建桥对河流水动力影响的数值计算分析研究[J];杭州电子科技大学学报;2007年03期

8 张攀峰;王晋军;鲁素芬;伍康;;采用上游扰动体被动控制减阻技术的实验研究[J];空气动力学学报;2006年04期

9 徐元利,徐元春,梁兴,张进国;FLUENT软件在圆柱绕流模拟中的应用[J];水利电力机械;2005年01期

10 李文文,黄本胜,侯杰;高桩码头桩群水流特性的试验研究[J];新疆农业大学学报;2004年04期

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本文编号：2618651