横流中随机振荡射流运动特性与初始稀释规律研究

In recent years, the discharge of land-sourced sewage into rivers and coastal waters still remains a high amount. As a result, it is of great importance to manage an organized discharge and to get a fast dilution. The key point of the sewage discharge project is to get the maximum initial dilution of the discharged sewage jet and weaken its adverse effects. Besides the dynamic of surrounding waters, the jet parameters, such as the changes of its initial velocity, are the key factors that could affect the jet dilution process. Following the previous study on the non-oscillating jet, this study will focus on the movement and dilution characteristics of the random oscillating jet in the crossflow. The three-dimensional flow pattern of the random oscillating jet, as well as the distribution of velocity and concentration, will be investigated, and then a semi-empirical relationship between the initial dilution and the jet and crossflow parameters will be established and the optimal combination of parameters will be discussed. This study is of theoretical significance in the enrichment of the fundamental theory of jets, and of practical significance for guiding the design and running of sewage discharge projects.

近年来入海入河的陆源废水排放量居高不下，其有序排放和快速稀释显得非常重要。如何使废水射流在排放近区达到最大初始稀释度，尽量减小其负面效应是废水射流排放工程的关键所在。除受纳水体动力外，射流自身参数（如初始速度的变化）是影响其初始稀释的重要因素。本项目在以往关于定常排放射流研究的基础上，考虑初始速度随机变化的影响，采用物理实验、大涡数值模拟、量纲分析相结合的手段，重点研究横流环境中随机振荡射流的三维运动形态，揭示随机振荡射流与横流的相互作用机理，分析随机振荡射流的速度场和浓度场时空分布特征，建立横流环境中随机振荡射流和正弦振荡射流的稀释特性与各动力因子间的定量关系，在此基础上探讨振荡射流达到最佳稀释效果的动力参数。预期研究成果对于丰富传统射流运动的基本理论和指导废水排放工程的设计和运行等具有重要的科学价值和工程意义。

近年来入海入河的陆源废水排放量居高不下，其有序排放和快速稀释显得非常重要。如何使废水射流在排放近区达到最大初始稀释度，尽量减小其负面效应是废水射流排放工程的关键所在。除受纳水体动力外，射流自身参数（如初始速度的变化）是影响其初始稀释的重要因素。本项目采用物理实验、大涡数值模拟、量纲分析相结合的手段，研究横流环境中随机振荡射流的运动和稀释特性。所取得的主要研究成果为：克服了PIV激光波面散射难题，实现了横流环境下振荡射流流场二维高精度测量；解决了振荡射流紊动边界问题，自主开发了横流环境下振荡射流三维大涡模型；深入解析了横流环境下规则振荡射流和随机振荡射流的三维结构，明确了各动力因素对射流稀释的贡献度，揭示了水流、振荡频率和周期及射流平均动量对射流掺混的影响机制；通过引入特征长度等组合参数，建立了横流环境下振荡射流轨迹、最小稀释度的经验公式。本项目已发表论文6篇（其中SCI论文2篇，EI论文3篇），获得国家实用新型专利授权2项，申请国家发明专利1项，培养硕士研究生2名。研究成果对于丰富传统射流运动的基本理论和指导废水排放工程的设计和运行等具有重要的科学价值和工程意义。