黄河口泥沙异重流的数值模拟

将已被广泛应用的一维泥沙异重流控制方程推广到平面二维情形,构成一组四方程模型,并对方程中重要参数的取值作了讨论。而后针对黄河口泥沙异重流的发生和演变受潮相控制的特殊性对其进行数值模拟。在泥沙异重流的基本控制方程中加入了潮汐影响项,采用ADI法对黄河口的潮流控制方程与有潮汐影响的泥沙异重流控制方程进行半耦合求解。模拟结果与实测结果基本吻合。     

二维泥沙异重流运动的数学模型

关于泥沙异重流研究多采用分析和观测的方法,数学模型计算较少．本中首先结合流体运动方程和泥沙运动特性,导出平面二维泥沙异重流的运动方程,然后,进行水槽试验模拟异重流运动计算,并与试验测验结果进行对比,验证了数学模型的适用性。     

长江口粘性细颗粒泥沙絮凝试验研究

长江口航道淤积的主要成因是河流从上游带来的大量粘性细颗粒泥沙，在河口盐、淡水交汇处遇强电解质海水，产生絮凝形成絮团而加速沉降形成的。用长江口粘性泥沙在不同盐度的人工海水中做了大量的试验，研究结果表明，影响絮凝的主要因素为含盐度、颗粒大小、含沙量、泥沙矿物成分、有机质含量等、这些因素和絮团形成的大小有密切关系。     

细粒泥沙颗粒分析中的反絮凝技术

本文分析了导致细粒泥沙水中絮凝的因素,探讨了絮凝和分散的机理,给出了一个反絮凝的物理模型.在大量科学实验基础上,文章提出了一整套包括化学分散和物理分散方法的反絮凝技术,补充和纠正了现行细粒泥沙颗分方法的不足.本文的反絮凝技术已为许多工程部门完成了总数以万计的沙样颗分,其有效性经受了充分考验.     

异波折板絮凝池絮凝的机理与絮凝常数

在模型试验的基础上考察异波折板絮凝池的絮凝机理与动力学的研究。异波折板絮凝池可用串联完全混合反应器模型（S－CSTR）来描述。模型试验表明,对于板长为100mm,夹角为45°的模型絮凝池,混凝剂采用聚合硫酸铁时,可取KA=1.3×10-4。     

异波扰流折板絮凝器对薄荷水提液的絮凝效果研究

为了优化折板絮凝器结构以及提升折板絮凝器对薄荷水提液的絮凝效果,在普通异波折板絮凝器的基础上设计了一种异波扰流折板絮凝器。利用FLUENT对异波扰流折板絮凝器的内部流场进行模拟,分析异波扰流折板絮凝器流场内的涡旋分布,并以壳聚糖为絮凝剂,采用异波扰流折板絮凝器对薄荷水提液进行絮凝处理,以澄清层高度、沉降速度、吸光度以及絮体分形维数为指标,考察异波扰流折板絮凝器在不同进口流速下对薄荷水提液的絮凝效果。结果表明：异波扰流折板絮凝器产生的涡旋主要分布在扰流圆柱后方以及折板两侧,当进口流速为0.041 m.s^-1时,异波扰流折板絮凝器对薄荷水提液的絮凝效果最好,絮体密实度最高。     

长江口悬浮颗粒有机絮凝研究

用带电子探针的扫描电子显微镜分析和测定了长江口悬浮颗粒样品,在不同盐度的试样中,首次发现了大小、形状,组成各不相同的有机絮凝体.作者根据长江口的物理化学环境和悬浮颗粒的性质,探讨了有机絮凝体的形成机理,认为二步桥联模式能比较园满地解释长江口悬浮颗粒有机絮凝体的形成.     

开闸式异重流锋速转变的一个判据

异重流是两种流体因密度差异产生的流动,是自然和工业生产部门中常见的现象.开闸式异重流是异重流研究的常用和典型模型.本文利用时间解析粒子图像速度仪(TR-PIV)测量了水槽中的开闸式异重流流场.实验中观察到异重流传播过程中从锋速,即头部速度为常数的初始坍塌阶段进入到锋速按时间的-1/3次幂递减的自相似阶段时,水平流速的速度剖面会发生振荡现象.该振荡是由开闸时传至左端壁而反射的波动引起的.这种振荡现象可作为开闸式异重流锋速转变的一个判据.     

电解质对三峡库区泥沙Zeta电位及絮凝特性影响

三峡库区泥沙淤积及水环境问题一直被广泛关注,泥沙淤积量对入库泥沙量的占比逐年增大,对于通航、水库调水防洪能力、生态环境保护等都造成了负面影响.三峡库区泥沙淤积的主要原因是因为发生了絮凝沉降,而泥沙絮凝又与诸多因素有关,其中电解质是影响较大且较为复杂的因素.采用了一套自研的多层格栅絮凝沉降装置,通过多层格栅上下振动产生近似各向同性均匀紊流,来模拟三峡库区自然流态下泥沙的絮凝过程,并且分析在不同浓度的Nacl、MgCl2、CaCl2、AlCl3溶液中库区泥沙Zeta电位及絮凝特性的变化.结果表明:加入电解质可以改变泥沙颗粒的Zeta电位,并且随电解质浓度的增加,泥沙颗粒电位绝对值降低;4种电解质均可对三峡库区泥沙的Zeta电位造成影响,但不同价态及不同种类的离子对于Zeta电位的影响也有所不同;在动态水流条件下,电解质的投入对泥沙絮凝起明显的促进作用,并且这种促进作用同样与电解质种类有关.     

电离作用下黏性细颗粒泥沙絮凝沉降数值模拟

基于分形理论构建泥沙颗粒的絮凝沉降模型,从三维角度动态模拟絮团在布朗运动、颗粒静电力和重力作用下的发育、沉降过程.研究结果表明:絮团形态与泥沙颗粒的表面电荷量有关,电荷量越大,絮团形态越开放;不同带电量泥沙颗粒的絮凝速度与沉降速度具有差异性,表面电荷量越大絮凝沉降速度越缓慢;泥沙颗粒的带电量对絮团平均粒径分布有显著影响,不同带电量下絮团达到最大直径所需时间不同.研究成果进一步揭示了天然河流中黏性细颗粒泥沙絮凝现象的内在机理.     

PIV测量技术在异重流运动特性实验中的应用

异重流是国内外研究的热点之一,也是水利工程专业“河流动力学”的重要教学内容。为加强学生对异重流运动特性专业知识的理解,提高“新工科”教育理念下学生的创新素质和综合素质,特设计出基于PIV测量技术的盐淡水异重流运动特性实验。学生通过拓展知识预习,实验方案设计, PIV测量技术学习,异重流入侵过程观察,以及异重流运动特性的结果分析,实现了综合设计型实验的训练,提高了解决实际问题的能力,提升了实验创新水平。     

磁絮凝反应器设计及流态模拟

基于磁场效应能够改善絮凝剂性质,提高絮凝效果,设计了一种磁絮凝反应器.以亥姆霍兹线圈为思路提出了5对圆形线圈组构的技术方案,实现由1 nT到100 mT磁感应强度的连续可调,同时利用MATLAB模拟了亥姆霍斯线圈内部的磁场分布,采用改进的k-ε双方程模型对反应器内流场进行了数值模拟.结果表明,亥姆霍斯线圈内部磁场可近似看作匀强磁场;在反应器反应区存在涡流,从而有利于矾花的形成;在磁场作用下,能改变固体颗粒的运动,增加固体颗粒间碰撞几率,进而提高反应器絮凝效果.最后进行了反应器效果验证,在20 min内对污水中SS、CODCr和TP去除率分别达96.7%,45.3%和96.0%,比一般絮凝工艺具有明显优势.     

隔板絮凝池水流结构对水质浊度影响的探讨

对传统往复隔板絮凝池所存在的水流条件不理想而造成的能量分配不合理、水头损失过大等问题,提出了将絮凝池拐角及隔板断面设计成圆弧 形的方案,对现有絮凝池与改进后池形的水流结构进行了分析研究,就两种方案的不同进水流量、不同原水浊度及投药量时的水质浊度做了测试,同时还对不同方案及进水流量和加矾量出水浊度的关系进行了探讨。研究表明,改进后的方案可改善絮凝池中不合理的水流结构、降低水头损失、缩短絮凝时间,是达到高效絮凝的有效途径。     

絮凝微生物F2的絮凝表型分析

分离一株具有强絮凝特性的芽孢杆菌Bacillus sp.F2,絮凝率达84%,构建了絮凝基因组文库.筛选文库获得一株表达絮凝活性的大肠杆菌阳性克隆子FC2,序列分析得出该克隆序列为新的絮凝基因.红外光谱分析证明FC2的絮凝有效成分与F2一致,说明FC2絮凝性状遗传于原絮凝菌F2.依据不同糖对其絮凝水平的抑制,将克隆菌确定为FLO1型絮凝菌.并研究了该絮凝型菌株的相关生理、生化特性.结果表明,FLO1型菌絮凝只受甘露糖抑制,对Ca2+浓度、pH值、温度和放置时间只有一定耐受性.     

基于双重絮凝的超细尾砂浓密脱水性能及絮凝机制

为探索新型絮凝工艺,解决超细尾砂浓密效果不佳的工程难题,引入双重絮凝技术。首先,开展单一絮凝工艺的絮凝沉降实验,分析絮凝剂种类对超细尾砂浓密脱水效果的影响;其次,将不同絮凝剂进行组合,进行双重絮凝实验,研究双重絮凝工艺的影响因素及作用规律,对比2种工艺的絮凝浓密效果;最后,利用聚焦光束反射测量仪(FBRM)和显微镜研究尾砂絮体的粒度与结构变化,探索双重絮凝机制。研究结果表明：在处理铅锌矿的超细尾砂时,双重絮凝工艺能够综合2种聚合物的优点,在絮凝过程的不同阶段运用不同的絮凝机制,显著降低上清液浊度(<30×10^-6),并获得较快的尾砂沉降速度(>70 mm/min)和较高的底流质量分数(>65%);双重絮凝的影响因素有絮凝剂种类和絮凝剂添加顺序,“阴离子+阳离子”组合的絮凝浓密效果最优;双重絮凝过程分为初次絮体形成、絮体剪切破坏和二次絮体形成3个阶段,初次阴离子絮凝剂的吸附架桥机制有利于捕捉微细颗粒(<100μm)形成初次絮体,初次絮体剪切破碎后释放部分结合位点,二次阳离子絮凝剂的电中和机制则使破碎絮团增长为可再生的大体积絮团(>1 0...     

油田采出水絮凝菌的筛选及絮凝性研究

通过多次采样,反复分离,从油田采出水和回注污水中分离得到16株产絮凝剂菌株,经复筛,得到1株具有较高絮凝活性的细菌。细菌生长过程均可产生具有絮凝作用的胞外分泌物,经实验对油田采出水具有高絮凝作用。分别研究了碳源、氮源、无机盐、初始pH值、培养温度等对其产生絮凝剂的影响。结果表明,葡萄糖、玉米淀粉是较好的碳源,蛋白胨为最佳氮源,最适宜培养温度为320C,初始pH为7.5~9,摇床转速为150 r/m in。     

紊动对黏性泥沙絮凝沉降影响的实验研究

在圆柱形沉降筒中利用多层格栅产生近似各向同性紊流场,研究盐水和淡水中紊动对黏性泥沙絮凝沉降的影响,分析絮团粒径、体积含量和泥沙浓度变化.研究结果表明:在相同剪切率条件下,和在淡水中相比,盐水中黏性泥沙絮凝时间缩短,絮团粒径增加,然而盐度对絮团体积含量影响并不明显;最大絮团粒径随着紊动剪切率的增加先增大后减少,最大絮团粒径对应的紊动剪切率在盐水中为20.8,s-1,淡水中为15.6,s-1;随着紊动剪切率的增加,水体中泥沙平衡浓度增大,达到平衡所需要的时间缩短.     

长江口悬浮颗粒有机絮凝研究

用带电子探针的扫描电子显微镜分析和测定了长江口悬浮颗粒样品,在不同盐度的试样中,首次发现了大小、形状,组成各不相同的有机絮凝体。作者根据长江口的物理化学环境和悬浮颗粒的性质,探讨了有机絮凝体的形成机理,认为二步桥联模式能比较园满地解释长江口悬浮颗粒有机絮凝体的形成。     

浸没式植被对异重流运动特性的影响

为研究异重流流经浸没式植被时的运动特性,以天然河道中的植被为原型,对植被环境中异重流的运动规律进行了试验研究,并采用异重流头部(最前缘)速度代表其运动速度.研究结果表明,异重流流经短植被群(长度30 cm、高度3 cm)时大部分异重流在植被顶部向前运动,流过植被后依然保持典型轮廓,呈现一个先加速、后匀速、然后迅速减速、最后缓慢线性减速的运动过程;流经长植被群(长度80 cm、高度6 cm)时大部分异重流被阻挡于植被后方,仅有少部分异重流流出植被后缓慢向前运动,呈现先加速、后匀速、然后迅速减速、最后缓慢运动的过程.异重流运动过程分为坍塌阶段和自相似阶段,植被的阻挡效应可以减小坍塌阶段向自相似阶段的转化点,并且转化点与植被阻挡效应呈负相关,但与异重流浓度关系不显著.异重流与环境水体掺混界面涡度值为正,与水平底床界面涡度值为负;当植被的阻挡效应较强时,异重流流出植被后掺混和卷吸作用较弱,且出流量与异重流浓度呈正相关.