含柔性植被明渠水动力特性与污染物浓度场试验研究
发布时间：2021-07-25 00:51
水生植被作为天然河道的重要组成部分,也是生态河道不可缺少的一部分。因为植被的存在,使得河流的水流特性与污染物扩散变得更加复杂,一直以来有着许多问题需要深入研究。本文通过顺直水槽试验系统模拟河道,利用人造水草模仿自然植被,采用粒子图像流速仪（PIV）与平面激光诱导荧光（PLIF）技术,研究了植被存在对明渠水流特性和污染物浓度场的影响。详尽分析了植被密度、淹没度的变化对含植被水流的水位、流速、雷诺应力及紊动强度的影响,以及植被密度、淹没度的变化对含柔性植被水流污染物在横向与垂向时均浓度场、浓度半宽与混合程度影响。主要包含以下几项研究成果:（1）植被存在对明渠水位产生影响,植被区前段出现水位壅高;植被区中后段水位逐渐下降;出口段由于水跃现象水位逐渐升高。控制其他因素不变,水位随植被密度、淹没度的增加而增加,淹没度增加水面坡降值减少。淹没度的改变对水位影响较大。（2）含淹没柔性植被水流的纵向流速可沿垂向分为三区。流速分区与植被形状相关。不同植被密度下的纵向流速以植被冠层顶部为界（1.0z/hv）呈不同规律,植被冠层顶部以上流速随植被密度增大而增大,植被冠层顶部以下流速随植被密度增大而减小。控制...
【文章来源】：西安理工大学陕西省
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
技术路线图
试验装置况72试验装置与工况2.1试验装置本试验采用平底顺直有机玻璃水槽，长7.3m，宽0.3m，高0.2m。试验装置由水箱、供水泵、排水泵、稳水装置、流量控制系统等组成，流量控制系统通过电磁流量计、电磁调节阀、PID控制器等组成，用以精确控制进水流量。电磁流量计用于反馈供水管路中实时流量，通过PID控制器用以调节电磁调节阀的开启度近而改变水槽供水流量。水槽前端进水处设有由鹅卵石和圆孔进水挡板组成的消能稳水装置，用于形成稳定的均匀流。通过调节下游处尾门高度控制试验设计水位。试验装置图见图2-1。系统共有两台水泵，一台供水泵，功率为1.5KW，流量23m3/h，扬程13m；一台排水泵，功率2.2KW，流量25m3/h，扬程13m。图2-1试验装置示意图Fig2-1Schematicdiagramofthetestdevice2.2测量仪器的选择及其原理2.2.1水位测针使用水位测针进行水位测量。本试验所选用的测杆刻度为30cm。测针针尖直径为0.25mm，游标最小度数为0.1mm，测杆刻度全长内误差为≤0.18mm。（1）根据试验设计布置水槽，按照设计排列方式布置植被；（2）开启水泵，调整流量至试验设计值，调节尾门高度使控制断面水深达到试验
饔胧?荽?硐低乘牟糠肿槌伞＠?玫ぢ驞antec公司的丹迪离子图像测速仪进行流速测量，使用DynamicStudio5.1软件进行数据的收集与处理，仪器测速范围为0-1000m/s，测定准确度为1%；采用Beamtech公司的激光器，激光器功率为350mJ，测量频率5Hz。采用FlowSense的高速CCD相机，相机分辨率2048×2048像素。在PIV实际运用中，向流场中加入示踪粒子能够提高数据的精度。示踪粒子必须满足以下3个条件：(1)良好的流动跟随性；(2)较好的光学散射性；(3)在水体中具有一定规模的数量。选用直径10μm，密度1.1g/cm3的空心玻璃珠做示踪剂，如图2-2所示。并保证空心玻璃珠均匀分布于水流中。图2-2实验用示踪粒子Fig2-2Tracerparticlesforexperiment2.2.3平面激光诱导荧光（PLIF）平面激光诱导荧光(PLIF)技术是一种新型流动显示与流动测量方法，激光诱导荧光指荧光物质（如罗丹明6G，荧光素纳等）在激光的诱发下吸收特征频率的光子发出荧光，由于低浓度时荧光强度和示踪剂浓度成线性关系，因此，可以通过检测荧光强度达到测量浓度的目的。PLIF技术利用激光片光照射研究区域从而获得平面二维信息。PLIF
【参考文献】：
期刊论文
[1]柔性淹没植被的排列方式对水流特性的影响[J]. 樊新建,雷鹏,王成,刘光耀. 华中科技大学学报(自然科学版). 2020(03)
[2]用浸没边界-格子Boltzmann方法模拟双层刚性植被明渠水流特性[J]. 周睿,程永光,吴家阳,黄泽浩. 水动力学研究与进展（A辑）. 2019(04)
[3]基于随机位移方法的植被水流纵向离散研究[J]. 槐文信,梁雪融. 工程科学与技术. 2019(03)
[4]平面激光诱导荧光法测量射流混药浓度场研究[J]. 管贤平,邱白晶,龚艳,董晓娅,欧鸣雄,董立立. 农业工程学报. 2018(23)
[5]明渠漂浮植被水流内部能量损失和传递规律研究[J]. 槐文信,钟娅,杨中华. 水利学报. 2018(04)
[6]基于PIV的横流中射流轨迹与扩散特性试验研究[J]. 李文斌,顾杰,匡翠萍,王媛. 水动力学研究与进展（A辑）. 2018(02)
[7]刚性淹没球冠状植被水流特性试验研究[J]. 赵芳,Aristotelis Mavrommatis,Anastasios Stamou,槐文信,杨中华. 水利学报. 2018(03)
[8]利用数字图像处理技术测量浓度场的实验研究[J]. 顾杰,郑宇华. 水动力学研究与进展（A辑）. 2016(06)
[9]不同动力环境下孔间距对双孔射流特性的影响[J]. 江东勃,陈永平,田万青,孙朴,王娅娜. 水利水电科技进展. 2016(05)
[10]波浪环境下多孔射流水动力特性试验[J]. 陈永平,田万青,方家裕,江东勃. 水科学进展. 2016(04)
硕士论文
[1]植被渠道水流和污染物输移扩散三维数值模拟[D]. 朱兰燕.大连理工大学 2008
[2]基于PIV技术的射流浓度场扩散试验研究[D]. 李荣辉.河海大学 2005
本文编号：3301770
【文章来源】：西安理工大学陕西省
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
技术路线图
试验装置况72试验装置与工况2.1试验装置本试验采用平底顺直有机玻璃水槽，长7.3m，宽0.3m，高0.2m。试验装置由水箱、供水泵、排水泵、稳水装置、流量控制系统等组成，流量控制系统通过电磁流量计、电磁调节阀、PID控制器等组成，用以精确控制进水流量。电磁流量计用于反馈供水管路中实时流量，通过PID控制器用以调节电磁调节阀的开启度近而改变水槽供水流量。水槽前端进水处设有由鹅卵石和圆孔进水挡板组成的消能稳水装置，用于形成稳定的均匀流。通过调节下游处尾门高度控制试验设计水位。试验装置图见图2-1。系统共有两台水泵，一台供水泵，功率为1.5KW，流量23m3/h，扬程13m；一台排水泵，功率2.2KW，流量25m3/h，扬程13m。图2-1试验装置示意图Fig2-1Schematicdiagramofthetestdevice2.2测量仪器的选择及其原理2.2.1水位测针使用水位测针进行水位测量。本试验所选用的测杆刻度为30cm。测针针尖直径为0.25mm，游标最小度数为0.1mm，测杆刻度全长内误差为≤0.18mm。（1）根据试验设计布置水槽，按照设计排列方式布置植被；（2）开启水泵，调整流量至试验设计值，调节尾门高度使控制断面水深达到试验
饔胧?荽?硐低乘牟糠肿槌伞＠?玫ぢ驞antec公司的丹迪离子图像测速仪进行流速测量，使用DynamicStudio5.1软件进行数据的收集与处理，仪器测速范围为0-1000m/s，测定准确度为1%；采用Beamtech公司的激光器，激光器功率为350mJ，测量频率5Hz。采用FlowSense的高速CCD相机，相机分辨率2048×2048像素。在PIV实际运用中，向流场中加入示踪粒子能够提高数据的精度。示踪粒子必须满足以下3个条件：(1)良好的流动跟随性；(2)较好的光学散射性；(3)在水体中具有一定规模的数量。选用直径10μm，密度1.1g/cm3的空心玻璃珠做示踪剂，如图2-2所示。并保证空心玻璃珠均匀分布于水流中。图2-2实验用示踪粒子Fig2-2Tracerparticlesforexperiment2.2.3平面激光诱导荧光（PLIF）平面激光诱导荧光(PLIF)技术是一种新型流动显示与流动测量方法，激光诱导荧光指荧光物质（如罗丹明6G，荧光素纳等）在激光的诱发下吸收特征频率的光子发出荧光，由于低浓度时荧光强度和示踪剂浓度成线性关系，因此，可以通过检测荧光强度达到测量浓度的目的。PLIF技术利用激光片光照射研究区域从而获得平面二维信息。PLIF
【参考文献】：
期刊论文
[1]柔性淹没植被的排列方式对水流特性的影响[J]. 樊新建,雷鹏,王成,刘光耀. 华中科技大学学报(自然科学版). 2020(03)
[2]用浸没边界-格子Boltzmann方法模拟双层刚性植被明渠水流特性[J]. 周睿,程永光,吴家阳,黄泽浩. 水动力学研究与进展（A辑）. 2019(04)
[3]基于随机位移方法的植被水流纵向离散研究[J]. 槐文信,梁雪融. 工程科学与技术. 2019(03)
[4]平面激光诱导荧光法测量射流混药浓度场研究[J]. 管贤平,邱白晶,龚艳,董晓娅,欧鸣雄,董立立. 农业工程学报. 2018(23)
[5]明渠漂浮植被水流内部能量损失和传递规律研究[J]. 槐文信,钟娅,杨中华. 水利学报. 2018(04)
[6]基于PIV的横流中射流轨迹与扩散特性试验研究[J]. 李文斌,顾杰,匡翠萍,王媛. 水动力学研究与进展（A辑）. 2018(02)
[7]刚性淹没球冠状植被水流特性试验研究[J]. 赵芳,Aristotelis Mavrommatis,Anastasios Stamou,槐文信,杨中华. 水利学报. 2018(03)
[8]利用数字图像处理技术测量浓度场的实验研究[J]. 顾杰,郑宇华. 水动力学研究与进展（A辑）. 2016(06)
[9]不同动力环境下孔间距对双孔射流特性的影响[J]. 江东勃,陈永平,田万青,孙朴,王娅娜. 水利水电科技进展. 2016(05)
[10]波浪环境下多孔射流水动力特性试验[J]. 陈永平,田万青,方家裕,江东勃. 水科学进展. 2016(04)
硕士论文
[1]植被渠道水流和污染物输移扩散三维数值模拟[D]. 朱兰燕.大连理工大学 2008
[2]基于PIV技术的射流浓度场扩散试验研究[D]. 李荣辉.河海大学 2005
本文编号：3301770
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