波浪条件下射流水动力特性试验研究

摘要

国内外工程实践表明，水下多孔排放与陆地污水处理的有机结合是沿江沿海城市污水处理方法的最佳选择。水下多孔排放是环境水力学中一种典型的射流形式，射流的水动力特性与受纳水体环境关系密切，在河渠环境受明渠水流影响、在海岸带受波浪和潮流影响。明渠水流和潮流对射流的影响可视为恒定流对射流的影响，而波浪引起的水体往复运动使波浪条件下的射流特性与恒定流条件下的射流特性有着显著的不同。因此，研究波浪条件下的射流水动力特性具有重要的理论意义和实际应用价值。
　　结合波浪条件下单孔、双孔射流的现象分析，量测了波浪条件下单孔、双孔射流区域内点压强和流速分布情况，从流速和压强两方面分析不同波高、周期、射流初始速度、双孔间距等对射流水动力特性的影响，得出以下主要结论:
　　1、与静水环境下的射流相比，波浪环境下的射流运动机理更加复杂，不宜直接用静水射流压强与波浪压强单纯叠加代表波浪对射流的影响。波浪作用增强了射流轴线流速、压强的衰减。且衰减幅度与入射波高、波周期有关。波高相同时，波周期越大射流衰减越迅速，波周期相同时，波高越大衰减越迅速。
　　2、从流速、压强的分布和衰减规律分析，波浪条件下，射流可分区划分为射流主导区、过渡区、波浪主导区。在射流主导区，流速、压强大小、射流轴线位置等与静水条件下射流相比均变化不大。在过渡区，不同波浪条件下，流速、压强衰减幅度呈现较大差异，射流轴线发生偏移。在波浪主导区，射流作用减弱，波浪作用进一步增强，流速、压强衰减大为减缓。射流分区范围因入射波条件而有差异，总体上，z/d＜6～8为射流主导区，6～8＜z/d＜21～25为过渡区，z/d＞21～25为波浪主导区，波高周期大时取小值。
　　3、在波浪条件下，射流主轴出现了明显的左右摆动，并且其摆动周期与波浪周期基本一致。从平均状态看，波浪使得射流横断面压强峰值沿波浪传播方向偏移，偏移断面及偏移位置与入射波波浪要素有关。波高相同时，周期越大，轴线开始发生偏移的断面下移，即z/d减小，射流主导区范围减小，过渡区区段范围增大;波周期相同时，随着波高的增加轴线开始偏移的位置降低，即z/d减小，射流主导区范围减小，波浪主导范围增大。
　　4、两孔射流各孔间相互混掺程度与射流间距Do、射流初始速Wo度密切相关。随着双孔间距的增大双孔间的混掺影响慢慢减弱，Do=3d～6d内混掺作用明显，间距增大到Do=9d时，射流开始呈现出单孔射流趋势，直至相互之间不掺混而各自保持单股射流的流动特性。
　　5、波浪条件下的双孔射流，由于存在波浪与射流的相互影响以及两股射流之间的相互卷吸影响，其水动力特性较静水条件下的双孔射流及波浪条件下的单孔射流更加复杂。在射流主导区，两孔射流流速、压强大小、射流轴线等与静水条件下双孔射流相比均变化不大。在过渡区，第一孔与单孔射流类似，而由于第一孔的遮挡，第二孔流速、压强衰减比第一孔小，第二孔轴线偏移主轴距离较第一孔有所减小且存在滞后性。波浪主导区，双孔射流已合并为一股射流，其水动力特性与单孔射流类似。波浪条件下双孔射流的遮挡作用与双孔间距Do、射流初始速度wo有关，随着射流间距的增大以及射流初始速度的减小，第一孔对第二孔的的遮挡明影响明显减小。
　　6、在一定波浪条件下，波浪的存在促进了双孔射流间的吸附和混掺，使得两股射流发生合并断面提早出现，即z/d减小，随着波高和周期的增大这种促进现象越明显。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．2 国内外研究现状

1．2．1 射流特性

1．2．2 水流环境下射流研究现状

1．2．3 波浪和波流环境下射流研究现状

1．2．4 多孔射流研究现状

1．3 主要工作及技术路线

1．3．1 论文的主要研究内容

1．3．2 论文采用的研究方法和技术路线

第二章 物理模型试验概况

2．1 实验装置

2．1．1 水槽

2．1．2 射流系统

2．2 实验仪器

2．2．1 浪高仪

2．2．2 压力传感器

2．2．3 流速仪

2．3 实验方案

2．3．1 坐标系选取及基本参数定义

2．3．2 流速及压强测线布置

2．3．3 试验工况及基本参数定义

2．4 试验重复性验证

2．5 实验数据处理

第三章 波浪条件下单孔射流试验结果及分析

3．2 波浪条件下单孔射流的分区

3．3 单孔射流流速实验结果及分析

3．3．1 静水条件下单孔射流流速实验结果及分析

3．3．2 波浪条件下单孔射流流速实验结果及分析

3．4 单孔射流压强实验结果及分析

3．4．1 静水条件下单孔射流压强实验结果及分析

3．4．2 波浪条件下单孔射流压强实验结果及分析

3．5 本章小结

第四章 波浪条件下双孔射流试验结果及分析

4．1 波浪条件下双孔射流现象分析

4．2 双孔射流流速实验结果及分析

4．2．1 静水条件下双孔射流轴线流速变化

4．2．2 波浪条件下双孔射流射流轴线流速变化

4．3 双孔射流压强实验结果及分析

4．3．1 静水条件下双孔射流压强实验结果及分析

4．3．2 波浪条件下双孔射流压强实验结果及分析

4．4 本章小结

第五章 结论与展望

5．1 主要结论

5．2 展望

参考文献

致谢

附录