层状土壤毛管水最大上升高度分析

针对目前层状土体剖面夹层土质对毛管水分最大上升高度的影响存在较大分歧,以沙土夹层为例,从土壤水动力学的角度,通过实验和理论分析,分不同情况对层状土壤的毛管水最大上升高度进行了系统研究。结果表明:层状土壤毛管水的最大上升高度取决于夹层土壤的质地、厚度、层位及其相互关系,同时也与土壤剖面中其它土壤的质地密切相关。当其它条件一定时,夹层土壤质地越粗、厚度越大或层位越高,毛管水最大上升高度受影响可能性越大;以沙土的有效粒径和不均匀系数为量化指标,提出了沙质夹层影响毛管水最大上升高度的条件。此结果对于研究层状土壤地区水盐运动以及土壤盐碱化治理有重要意义。

西辽河平原地下水补给植被的临界埋深

许多地区地下水是生态稳定的重要支撑或补充,确定地下水补给地表植被的临界埋深对地下水管理和生态安全至关重要。以西辽河平原为例,主要研究成果如下:①根据地下水补给植被原理划分包气带水分运动结构,描述地下水补给植被的作用机理和物理过程,定义地下水补给植被的临界埋深及相关物理概念。②根据植被根系吸收潜水蒸发的物理机制,地下水面附近由毛管水上升形成的潜水影响层是临界埋深计算的关键。③推导土壤毛管有效孔径计算推理公式,通过构建土壤微结构模型求解推理公式中的孔隙特征参数,解决毛管水最大上升高度的精确计算难题;④结合不同群落植被根系层厚度,形成地下水补给植被的临界埋深计算模型。⑤通过野外调查和观测试验实证,表明计算结果可靠,研究成果在科尔沁草原得到了及时应用。

矿井排风热回收上喷淋液滴运动模型及其优化

为了减小矿井排风热回收装置的水损失量,设计了上喷式矿井排风热回收装置。通过液滴受力及运动分析,计算了不同迎面风速u_a下液滴不被吹飞的临界直径,以及不同迎面风速、液滴粒径d与液滴初速度u_d下,液滴最大上升高度。当u_d<2u_a时,液滴最大上升高度主要由液滴初速度决定,迎面风速次之,液滴粒径影响很小;当u_d>3u_a时,液滴最大上升高度由液滴粒径、液滴初速度、迎面风速共同决定。

排放角度对平面负浮力射流的影响及射流远区特性分析

采用κ-ε湍流模型和混合有限分析算法,对静止环境中多排放角度的平面负浮力射流进行了数值模拟,分析了射流角度和出口密度弗汝德数对负浮力射流特征量的影响,给出了考虑排放角度的最大上升高度计算公式.分析了垂直射流的远区特性,高密度流体以异重流形式向下游流动.

冲绳海槽热液柱动力过程的数值模拟

本文以冲绳海槽伊平屋北部热液区(126o53.80′,27o45.50′)的现场水文数据作为背景条件,使用k-ε湍流模型模拟热液柱的动力过程。模拟计算得到的羽流速度、温度和湍流耗散率等基本物理量展现了热液柱的时空演化过程。模拟结果显示,羽流最大上升高度及中性浮力面高度与海底的距离分别为83.62m和68.97m,和2014年先导专项在此附近热液区所观测的温度异常和盐度异常的深度位置(离海底约66—86m)接近。羽流的上升速度满足高斯分布,其半径b与距喷口高度z-H成正比:b=0.0985(z-H),其中z为距海底高度,H为热液烟囱体的高度。羽流的最大体积通量比喷口的初始值增加了878倍,达1.034m^3/s;在中性浮力面位置附近,动量通量达到最大值,为0.156m^4/s^2,比初始值增加了882倍;浮力通量在中性浮力面以下和BM2000(Bloomfield et al,2000)理论模型符合良好,在中性浮力面以上则呈现随高度先增加后减小的特征。本文计算得到的平均卷挟率为α≈0.0807,与背景流较弱的热液区的声学现场观测结果相符。