水下航行器排放冷却水温度分布特性研究

根据计算流体动力学理论建立了水下航行器排出冷却水形成热尾流的浮升规律的数学模型,采用有限体积法来离散求解三维湍流数学模型,对水下航行器排出热尾流的浮升特性进行了数值计算分析,得到了热尾流轨迹和热尾流温度场分布图像,将热尾流的试验结果与理论数值模拟结果进行比较,验证了模型的正确性。文中建立的水下航行器排放冷却水浮升模型可预测热尾流的温度分布特性和预先估计海面温度场分布状况,为红外探潜提供了理论依据。

窄缝热浮力射流影响因素的数值模拟

对流动控制方程即连续方程、动量方程和能量方程进行坐标转化,将带有自由表面和不平坦底面的不规则物理区域转变为规则的矩形计算区域。应用大涡模拟Smagorinsky模型对控制方程进行模化,根据破裂算子法将动量方程和能量方程分解成对流、扩散和传播三步进行顺序求解。利用该模型对静止和规则波环境下二维窄缝热浮力射流进行数值模拟,比较了两种环境下速度场、温度场、轴线速度衰减规律、垂向流速的自相似分布等特性,分析了浮力的作用以及射流速度、窄缝宽度等因素对射流掺混过程中温度场分布的影响。数值模拟结果得到已有理论及试验成果的验证。

滨海核电厂深水温排放近远区动态耦合模拟

滨海火、核电厂温排水引起的环境问题广受关注,数学模型是评价温排水影响的重要手段,而国内现有温排水数值计算模型的近区模拟失真问题尚未很好解决。我们引入近区射流模型(Corjet)与远区数学模型(Delft3D)耦合模拟技术,采用分散汇流(DESA)方法实现对射流掺混卷吸效应的模拟,通过模型交叉调用实现近远区动态耦合。将耦合方法应用于工程案例,并与以往常用的远区模型直接点源方法进行了对比,结果表明近远区分散汇流耦合方法能够更合理地反映深水排放的浮力效应,模拟的垂向温度分布及温升影响范围与物理模型趋势更为接近,能有效提高高温升区模拟精度,该模拟方法具有较好的推广应用价值。

恒流中底部浮射流稀释特性的试验研究

本文在总结国内具体工程问题及其所涉及的环境水域水流条件的基础上,针对流动环境中水体底层单孔口、垂直向上温排水出流问题进行了试验研究工作。通过对不同工况下排水口近区流场、温度场的模拟研究,得到了关于深层排水情况下温排水与环境水体间的掺混稀释规律。所得到的规律特征经实际工程的物模试验结果初步检验被证明可信,可作为电厂规划阶段深层排水方案温排水掺混稀释效果的估算分析方法加以采用。而且,其研究成果同样适用于其他领域类似正浮力出流掺混问题的计算分析。

同流多孔热水浮力射流排放特性实验研究

水环境污染问题是当今世界各国所普遍关注的重大问题．城市污水，热电、核电厂的冷却水排放过程都与射流有关，因此，研究各种污水处理工程中排放口附近的流动特性具有重要的理论和实际意义．利用声学多普勒流速仪（ADV）测速系统和数字温度仪研究了同向三圆孔热水浮力射流的排放特性，得到了流速和温度的分布、不同孔间距和流速比的射流轨迹线、射流中轴线上的速度和温度衰减，探讨了相对孔间距和流速比对多孔浮力射流流动变化特性的影响，实验和数值模拟反映的变化规律相一致，射流轴线速度和温度衰减变化明显的区域主要集中在80～90倍的射流直径范围内；射流温度相同时，流速比越大，中轴线上温度和速度衰减越快，射流轨迹线向上抬升的趋势越小；孔间距越小，射流轨迹线向上抬升的趋势越明显．

同流中三孔热水浮射流流速场特性的数值模拟

采用FLUENT软件中的Reynolds应力模型对同流中三孔热水浮射流在不同孔间距,不同射流温度,不同流速比情况下的速度场进行了数值模拟,得到了各种工况下速度的分布情况及衰减情况,并对数值模拟结果进行了对比分析,得到了一些有益的规律。

横流环境中冷却水排放浮升规律

冷却水排放浮升规律对红外隐身的研究具有重要意义。冷却水排放过程可以简化为横流环境中的水平热射流过程,本文在有限体积法的基础上采用Simple算法和Realizable k-ε湍流模型对热射流浮升过程建立三维数学模型,并进行数值模拟。数值模拟结果显示热射流三维浮升轨迹线与文献中的实验结果吻合良好,浮升迹线验证了该模型和方法的准确性。利用该数学模型进一步计算比较了不同流速比和不同环境流速下的浮升规律和温度分布特性,分析得到了流速比和环境流速对热射流浮升轨迹和中心温度的影响规律,为基于红外特征的冷却水排放规律研究提供了理论依据。

横流环境中两孔热水浮射流数值模拟研究

为了达到热废水排放过程中热水快速稀释的目的,采用Fluent中Realizable k-ε模型基于SIMPLEC算法,研究了热射流过程中,射流孔间距、初始流速对射流流场、温度场的影响规律。研究表明:随着射流孔间距的增大,第1孔射流对第2孔射流影响程度逐渐减弱且第2孔射流的弯曲程度随之增加;射流与横流作用促使反向涡对的产生,加快了热水与环境水体的掺混度,横断面温度场出现"肾形"分布;当相对孔间距相同时,随着射流初始流速的增加,第1、2孔射流温度衰减速率随之增大;射流初始流速相同时,射流孔间距的增加对第1孔射流轴线温度稀释度影响较小,对第2孔射流的轴线温度稀释度影响相对复杂;S/D=2时,增大热射流的初始流速,为本研究中热水快速稀释的最优方案。

高密度弗劳德数热浮力射流特性实验

为研究潜艇热尾流的浮升规律与水面特征,将潜艇冷却水排放形成的热尾流等效简化为水平圆形热浮力射流,在高弗劳德数条件下,采用给定的射流出口速度和不同的射流管径与射流温差组合条件进行系列实验.结果表明:当管径相同时,热浮力射流到达水面时的水平运动距离随密度弗劳德数增加而增大;同时,采用特征参数进行无量纲化处理后,各工况下的浮升轨迹中心线归一于同一曲线;热射流浮升引起的水面温升峰值出现在中心轨迹线与水面的交界位置,射流开始后温升峰值先随时间增大,达到最大值后趋于稳定;通过拟合分析,得到了最小稀释度与密度弗劳德数及射流淹没度的函数关系.