高浓度异重射流近区扩散及其输运特性的实验的研究.pdfVIP

高浓度异重射流近区扩散及输运特性的实验研究 张燕王道增樊靖郁 (上海大学，上海市应用数学和力学研究所．上海加0072) 摘薹本文对高浓度异重射流入水后的扩散特征及湍流结构对标量场的影响进行了水槽实验研究．通过 流动显示观测了高浓度异重射流抛射人水后的扩散形态，同时测量得到近区的浓度分布特征．实验结果表 明高浓度射流^水后在近区呈现出不同于以茌淹投射流的复杂流动形态及浓度分布特征，扩散机理不仅 受初始动量、浮力，环境水流以及边界条件的影响，还受到湍流结构的影响 关t词射流；扩散；湍流结构 0引 言 射流问题是流体力学中的重要研究领域，在实际工程中也有许多重要应用．如环境工程中河口或 近海排污、工业冷却水的排放等．射流起始密度和周围流体的密度不同时，射流会受到密度差所产生 的浮力作用，这种射流称为湍浮力射流．对湍浮力射流浓度分布的分析与预报对工程设计及生态环境 的保护具有重要意义． 在长江口深水航道疏浚工程中，疏浚船舶的选择是一个重要问厨．边抛式挖泥船是将耙吸出的泥 浆，通过输泥管道直接抛到航道侧面一定距离的水域中，具有挖泥量太、效率高的优点，是一种经济、 方便、高效的疏浚方案．但由于泥浆与周围环境水体密度不同，高浓度泥浆射流入水后与水体不断混 掺，会影响周围水域的水环境．了解高浓度泥浆射流人水后在水流作用下的运动、扩散和输运规律，对 J． 施工方案的可行性及对周围水域水环境的影响，都具有重要的指导意义Ll 当前，环境流体力学领域，对高浓度异重射流的扩散机理及浓度分布研究在国内外都还不完 善L2j』，特别是综合考虑环境水流条件和各种边界条件下的研究更少，在应用湍流结构理论分析此类 射流扩散辖运机理方面还有待深人．考虑到这类问题的复杂性，本文通过水槽实验对流动水域中的高 浓度异重射流人水后的扩散特征进行了研究．测量得到横向抛射人环境水流中的高浓度盐水溶液的 浓度分布，试图找出其定性的扩散特征和某些定量的规律，并应用湍流结构理论进行初步的分析． 1实验概况 1．1实验设备 实验在两座玻璃水槽中进行：一为宽玻璃水槽，总长60m，宽5m，高lm，有效长度34m，底坡为平 坡；另一水槽长26m，宽O．5m，高o．8m，底坡调节范围最大为±0．01．两座水槽的试验水深、流速分布 均可按试验要求给出，在水槽试验段顶部安装有高浓度异重流体的搅拌及抛射装置．同时在射流入水 处的下游布置六个采样断面，每个断面上有七条采样垂线． 1．2实验流体及测量方法 。 环境水流用清水，密度P口近似为1000kg／m3；高浓度射流采用加有色素的饱和盐水溶液，密度I口0 ·257· 为1170kg／m3．本实验在盐水溶液中加入色素，可以采用流动显示的方法分析研究射流人水后的流动 形态和扩散特征，同时可以对采集的样本用分光光度计测量其吸光度得到浓度分布．流速场的测量采 用二维激光流速仪(1Sl9100一9型)和电磁流速仪(M0delAcM250一D型)． 1．3试验参数及工况 横向抛射入水．表l为试验组次及试验工况．实验时，调节环境水深及流速，然后打开射流管，待射流 充分扩散并达到稳定后采样，即可测得射流入水后各断面浓度分布．同时，通过录像记录射流的流动 x1护．3．o×104 形态及扩散特征．环境水流的Reynolds数范围为船=警：1．5 表1试验组次爰工况 射漉出口速度 射流管径 抛射高度 环境水耀 环境流速 试验组次 ％(n—s) D(m) “m) ^(m) “。(m^) 0．06 2 0025 010 3