水体紊动对粘性泥沙絮凝影响规律的研究

紊动水流中粘性泥沙絮凝沉降对河口海岸粘性泥沙输送过程起着十分重要的作用，而水体紊动对粘性泥沙絮凝的影响规律是一个极为复杂的问题，目前的研究主要限于宏观的定性分析或半经验描述，探索紊动对絮凝影响规律成为有待突破的研究方向。本项目拟利用数值模拟和实验手段围绕紊动水体对粘性泥沙絮凝影响开展研究，利用格子玻耳兹曼方法建立水体紊动条件下絮团形成、破裂和沉降三维数值模型，结合室内实验描述紊动剪切作用下粘性泥沙絮凝沉降的动态过程，从微观角度揭示紊动条件下粘性泥沙絮凝发育、絮团破裂规律，为进一步深入研究河口海岸粘性泥沙运动规律提供科学依据。

紊动水流中粘性泥沙絮凝沉降对河口海岸粘性泥沙输送过程起着十分重要的作用。本项目利用格子玻耳兹曼方法建立水体紊动条件下絮团形成、破裂和沉降三维数值模型，结合室内实验描述紊动剪切作用下粘性泥沙絮凝沉降的动态过程，从微观角度揭示紊动条件下粘性泥沙絮凝发育、絮团破裂规律。项目的主要研究内容和成果有：（1）基于XDLVO理论改进了细颗粒泥沙间受力模型，能够更好反映实际河口海岸环境中粘性泥沙颗粒间受力特性。（2）建立了三维均匀各向同性紊流并行计算模型，利用直接数值模拟和大涡模拟方法生成了不同初始能量谱和不同雷诺数条件下强迫均匀各向同性紊流流场，研究了强迫均匀各向同性紊流三维紊动特性。（3）建立了粘性泥沙在紊动剪切水流中絮凝发育三维格子波尔兹曼数值模型，模拟了不同紊动剪切对粘性泥沙絮凝过程的影响。随着紊动剪切率的增加，粘性泥沙沉降速度也呈现先减小后增大的趋势，模拟结果反映出低强度水体紊动对絮凝有促进作用而高强度水体紊动对絮凝有抑制作用。（4）设计完成了振荡格栅实验，在验证数学模型正确性的基础上，进一步研究了剪切强度、盐度和泥沙浓度对粘性泥沙絮凝沉降的影响规律。（5）深入分析粘性泥沙絮团的水动力特性，揭示紊动剪切对粘性泥沙絮团大小、分形维数、沉降速度和有效密度等絮团特性以及颗粒碰撞概率和粘结有效率产生的影响。