波浪作用下水体复氧行为特性研究
溶解氧是重要的水质指标之一,大气复氧是水体中溶解氧的主要来源之一。为了研究波浪作用下欠饱和水体中溶解氧的输移扩散特性,揭示波高、波周期、流速、水深等参数对波浪水体溶解氧浓度恢复的影响规律,本文首先建立了波浪水体溶解氧输移扩散的室内模型试验,观测波高、波周期、流速和溶解氧浓度的变化。其次根据规则非破碎波实验数据,利用水气界面之间氧传质理论、质量守恒定律和量纲分析方法,建立并验证了考虑波浪动能、氧亏值和波周期的波面溶解氧传质系数表达式。然后基于Fluent软件,采用动量方程中添加附加源项的数值造波和消波技术,建立了具有造波与消波功能的数值波浪水槽;在此基础上,建立了波浪水体溶解氧输移扩散的二维数学模型,利用UDS方法将其引入Fluent平台并加以求解,对欠饱和水体的溶解氧行为进行了计算,进而将计算结果与物理模型实验数据进行了比较,两者吻合良好。利用验证后的数学模型分别计算了不同初始溶解氧浓度、波高、波周期和流速条件下,波浪水体溶解氧浓度的变化情况。最后对大尺度波浪作用下水体溶解氧输移扩散进行了计算,探讨了水深对溶解氧分布的影响规律。 结果表明,波浪参数相同的情况下,水体初始溶解氧浓度与饱和溶解氧浓度差值越大,溶解氧浓度增量越大。当初始溶解氧浓度和波浪周期分别一定时,波高越大,溶解氧浓度增量越大,溶解氧浓度的增量与波高的变化呈非线性关系。初始溶解氧浓度和波高分别一定的情况下,波浪周期越小,溶解氧浓度增量越大。与波高相比,波浪周期对水体溶解氧浓度的影响更为明显。波流耦合作用下,断面平均流速越大,溶解氧浓度增量越大,其复氧效果优于规则波的对应值。 大尺度波浪作用下水体溶解氧行为的计算结果表明,水深越大,溶解氧浓度越小,溶解氧浓度呈现一定的分层现象;平均溶解氧浓度在波峰断面达到最小,在波谷断面达到最大。
波浪;溶解氧;传质系数;数值模拟;物理模型实验;复氧行为特性
中国海洋大学
硕士
水利工程
尹则高;迟万清
2012
中文
TV139.2;P333
71
2012-12-27（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）