双层横向振荡格栅紊流特性的实验研究

该文设计制作了一套双层横向振荡格栅水槽,实验率定了双层横向振荡格栅中心区域紊流速度与振荡格栅冲程和频率的关系,并拟合出中心区域紊流三维均方根流速和紊动强度公式。同时实验确定了不同振幅和频率作用下均匀紊流区域的范围,计算了振荡格栅中心区域紊流的紊动积分尺度,并分析了紊动能量谱分布。实验研究证明双层横向振荡格栅中心区域一定范围内可以生成平均流速接近为零,近似天然明渠紊流特征的紊流场。据此,双层横向振荡格栅水槽可以为研究盐度扩散和泥沙运动规律等提供良好可控的水动力基础。

倾斜岸坡角形域顶点排污浓度分布的实验研究

基于研制的倾斜岸坡角形域顶点排污立面二维扩散水槽实验装置及格栅振荡紊动系统,对8个倾角θ=360°/β(角域映射系数β=4,5,…,11)的角形域,按格栅振荡频率n=20,40,60 r/min的3种情况进行了一系列瞬时线源排放的扩散实验,采用图像采集与数字图像处理技术测量二维浓度场分布。结果表明:各倾角的横向和垂向扩散系数均随格栅振荡频率的增大而增大,当格栅振荡频率n=20,40,60 r/min时,各倾角横向扩散系数的平均值分别为18.38,30.88,43.94 cm2/s;垂向扩散系数的平均值分别为1.89,2.47,3.24 cm2/s;在格栅振荡条件下,垂向扩散系数平均占横向扩散系数的7.4%～10.3%,横向和垂向扩散系数随倾角的大小呈现波状变化特征。实验证明倾斜岸坡角形域顶点排污浓度分布呈现以角域映射系数β的奇偶不同和以β=4的倍数的周期性变化规律。

基于光纤传感的多通道泥沙浓度测量研究

基于光学背向散射原理设计开发了一种光纤多通道泥沙浓度测量装置。该泥沙浓度测量装置入水探头直径仅为2.5 mm,对待测水体运动的影响较小,同时具有量程大、采样快和多通道同步测量等特点,可以满足室内实验泥沙浓度的测量。通过调整测量装置的光源强度调节测量量程和测量精度,可以实现不同泥沙浓度的测量需求。中值粒径为46.5μm的粉沙浓度率定结果表明,该测量装置对粉沙可实现最大浓度达150 kg/m^3的高含沙浓度测量。该装置已成功应用于振荡格栅水槽均匀紊流中粉沙浓度的多通道同步测量。

盐度层化对水体紊动特性影响的实验研究

采用双层横向振荡格栅生成的紊流分别研究了纯淡水和不同盐度梯度层化水体的紊动特性。通过声学多普勒流速仪和设计开发的多通道微型盐度测量仪同步测量了水体紊动和盐度的历时变化过程,分别从水体紊动的均方根流速、紊动强度和紊动能谱等紊动特性的变化分析了盐度层化对水体紊动的影响。实验结果表明盐度层化会抑制水体紊动,减弱水体紊动强度,并且盐度梯度越大水体紊动抑制程度越大。定义了表征振荡格栅紊流中水体层化程度的无量纲层化参数,水体紊动抑制率随层化参数的增大而增大,拟合得到层化参数和紊动抑制率的关系式。