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混浊水用清水视觉器的研究

哈尔滨工业大学学报 2007年第11期39卷 1715-1718,1755页

作者：邓宗全郝广平岳明姜占荣哈尔滨工业大学机电工程学院哈尔滨150001 大庆石化公司黑龙江大庆163714

针对混浊水环境下对海洋平台管节点焊缝和坝体裂纹检测和监测不易实现的难点,研制了一种基于轴对称射流的混浊水用清水视觉器,其基本原理是在适当区域中,造成一定体积的清水视域并用CCD对目标进行观测.在污水射流浓度分布理论的基础上,... 详细信息

针对混浊水环境下对海洋平台管节点焊缝和坝体裂纹检测和监测不易实现的难点,研制了一种基于轴对称射流的混浊水用清水视觉器,其基本原理是在适当区域中,造成一定体积的清水视域并用CCD对目标进行观测.在污水射流浓度分布理论的基础上,推导了静止混浊水中自由清水射流起始段与主体段中的混浊水浓度分布规律,并通过试验对射流的可视域进行了验证.试验表明,这种混浊水用清水视觉器能够在混浊水中造出一定体积的可视域,应用CCD能够对可视域中目标进行观测,其可视域的尺度与射流出口尺寸有关.

关键词：混浊水视觉器射流浓度分布规律

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室内燃气泄漏的危险效应分析

室内燃气泄漏的危险效应分析

作者：王云卿北京建筑大学

学位级别：硕士

随着国家环保力度的加强,民用燃气发展非常迅速,民用燃气规模和数量增长显著,城乡燃气使用的安全形势面临考验。户用燃气安全关系到居户生命财产安全,室内燃气泄漏相较于室外燃气泄漏具有更大的危险性,对室内燃气泄漏问题亟待深入研究... 详细信息

随着国家环保力度的加强,民用燃气发展非常迅速,民用燃气规模和数量增长显著,城乡燃气使用的安全形势面临考验。户用燃气安全关系到居户生命财产安全,室内燃气泄漏相较于室外燃气泄漏具有更大的危险性,对室内燃气泄漏问题亟待深入研究。采用理论分析与数值模拟的方法对室内燃气泄漏危险性进行了分析。基于室内危险物扩散过程的理论分析和气体射流理论分析,建立了管道小孔出流模型的基本控制方程。对于燃气泄漏非稳态对流扩散,得出了天然气泄漏扩散适用的控制方程,给出了初始条件和边界条件,并采用有限体积法对其求解。使用FLUENT模拟仿真软件,对小孔泄漏事故和灶具泄漏事故两种工况进行了数值模拟分析,得出天然气泄漏扩散受到浮力的影响比较大,天然气泄漏沿着墙壁有上升的趋势。对泄漏流量、泄漏时间、环境风速以及室内门开闭状况等因素对室内燃气泄漏的影响进行了模拟分析,得出泄漏量是直接影响泄漏燃气浓度的因素;泄露时间是另外一个重要的影响浓度的因素,危险区域的范围与泄漏的时间呈正比例关系,泄漏的时间越长,室内的危险区域的范围越大;厨房门的开启将会导致燃气的进一步扩散,产生危险的概率加大。通过VisualBasic语言,设计出适用的气体泄漏效应的计算程序。

关键词：室内燃气泄漏 FLUENT仿真模拟浓度分布规律危险效应

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非恒定流悬移质泥沙分数阶数值模拟分析

非恒定流悬移质泥沙分数阶数值模拟分析

作者：李春浩西北农林科技大学

学位级别：硕士

悬移质泥沙运动是河流动力学的前沿问题。对于悬移质泥沙运动规律的研究是指导各类各类水利工程建设包括海岸堤防建设、港口航道建设、河口整治、资源开发等的前提条件,也是解决各类防洪问题,水库淤积,湾河口淤积问题,维护已修建水利工... 详细信息

悬移质泥沙运动是河流动力学的前沿问题。对于悬移质泥沙运动规律的研究是指导各类各类水利工程建设包括海岸堤防建设、港口航道建设、河口整治、资源开发等的前提条件,也是解决各类防洪问题,水库淤积,湾河口淤积问题,维护已修建水利工程的关键问题所在。悬移质为泥沙输移过程中的主体,悬移质泥沙在水流作用下发生运动,同时泥沙运动过程中对水体本身又产生影响。泥沙、水流的相互作用及泥沙颗粒之间的相互作用使得泥沙运动复杂化,其运动带有非线性特征,属于反常扩散行为,现有理论尚不能解释。因而研究非恒定流悬移质泥沙运动具有重要工程意义及理论意义。本文以非恒定流下的悬移质泥沙为研究对象,利用连续时间随机游走理论及分数阶微积分工具进行对其进行研究,主要研究内容和结论可归纳为以下三个方面:(1)非恒定流悬移质泥沙运动分数阶建模与数值求解。为更好描述非恒定流下悬移质泥沙运动的反常扩散性为及其表现出的非线性特征,本文利用时空分数阶模型对悬移质运动进行描述。首先从连续时间随机游走理论出发,选取幂律函数作为等待时间及跳跃距离的概率密度函数,通过Laplace-Fourier变换,建立描述非恒定流中悬移质泥沙运动的分数阶模型,该模型中的时间分数阶导数及空间分数阶导数分别对应于悬移质泥沙运动过程中在时间、空间上表现出的反常扩散现象;其次通过L算法及G算法分别对时间分数阶项及空间分数阶项进行数值离散,对所建立的模型建立隐式建立差分格式,最后对建立的差分格式进行稳定性及收敛性分析,结果表明,建立的差分格式无条件稳定及收敛。(2)非恒定流悬移质泥沙分数阶模型的分析及验证。为验证建立的时空分数阶模型的有效性及探究模型各参数对于计算结果的影响,本文利用实验数据对所建模型进行分析验证,并对于各参数进行敏感性分析。首先通过选定不同参数组合对建立的时空分数阶模型进行数值实验,分析时间、空间分数阶阶次及佩克莱数对于悬移质泥沙浓度随时间变化及在空间上垂向分布的影响;其次通过与实验数据分别从浓度随时间的变化及空间的垂向分布进行对比分析,分别从浓度随时间变化和浓度空间分布上验证了建立模型的有效性;最后分析浓度对于时间及空间分数阶导数变化的敏感性程度。结果表明,相比于经典对流扩散模型,分数阶模型可以较好描述悬移质泥沙运动中的反常扩散现象,体现其运动在时间及空间上的非局域性质,在与实验对比中发现,时间分数阶阶次与泥沙的平均浓度有关,平均浓度越小,时间分数阶阶次越小。(3)非恒定流悬移质泥沙运动分布式分数阶建模与分析。为研究非均匀悬移质运动,考虑泥沙级配选择不同分数阶阶次,建立分布式分数阶模型以贴合实际。本文利用分布式分数阶模型对非均匀悬移质运动进行模拟分析。首先在上述研究的基础上,考虑泥沙级配问题,在连续时间随机游走模型中选定等待时间概率密度分布为累积分布,让分数阶阶次可适配整体的泥沙的粒径分布;其次利用有限差分法对分布式分数阶模型建立差分格式;最后通过数值模拟计算,分析分布式分数阶阶次及时间项系数对于悬移质运动中浓度时空分布规律的影响。结果表明,利用分布式分数阶模型,通过改变时间导数项的权重系数及分数阶阶次可较好模拟不同粒径分布下悬移质泥沙的时空浓度分布,描述其在时间上和空间上的发生的反常扩散现象。

关键词：悬移质泥沙运动分数阶微积分理论连续时间随机游走理论浓度分布规律

复杂岸坡岸边排放浓度分布及侧向与垂向扩散系数的实验研究

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复杂岸坡岸边排放浓度分布及侧向与垂向扩散系数的实验研究

作者：牟天瑜青岛理工大学

学位级别：硕士

江河水库等天然水体中的岸坡地形大多不规则,而实际工程中排污口常设于岸边,污水排放往往在岸边区域形成高浓度的污染混合区。针对不同岸坡地形及紊流条件,对天然水体角形域高浓度污染混合区污染物的浓度扩散规律进行探索研究,是水环境... 详细信息

江河水库等天然水体中的岸坡地形大多不规则,而实际工程中排污口常设于岸边,污水排放往往在岸边区域形成高浓度的污染混合区。针对不同岸坡地形及紊流条件,对天然水体角形域高浓度污染混合区污染物的浓度扩散规律进行探索研究,是水环境进行功能区划分、管理决策、综合整治的重要依据和技术环节。本文在倾斜岸坡角形域污染物浓度分布理论和实验研究成果的基础上,对已有的实验扩散模型提出改建方案,设计研发了立面槽中槽复杂岸坡模型污染扩散实验装置,用于模拟江河水库中普遍存在的侧向与垂向扩散系数不相等,岸坡几何条件复杂的河流断面形态。设计的槽中槽结构,有效解决了以往研究模型出现的变形、位移和漏药现象,大大提高了实验的成功率。结合天然河库的实际情况,给出了3种复杂岸坡情形的相关几何参数,并针对不同岸坡条件合理制定设计了实验所需的内槽模型。在顶点排污浓度分布理论的指导下,借助研发的立面二维槽中槽污染扩散实验装置,进行了角形域复杂岸坡顶点瞬时线源排放实验。在立面二维复杂岸坡水体断面顶点排放实验的基础上,提出采用数字图像处理的方法进行二维浓度场的测量,采用罗丹明B作为示踪物质,设计构建了针对本实验方案的数字图像处理系统,对采集到的示踪剂扩散图像进行处理,经过同态滤波、中值滤波、颜色空间模型转换和聚类分割等算法处理后最终得到效果较好的等浓度分布曲线,实现了浓度分布数据读取的可视化,反映了示踪剂在水中输移扩散的基本特征。以研究岸边排放浓度分布规律和应用为目标,对天然河流和水库普遍存在的倾斜阶梯岸坡、倾斜波状岸坡、倾斜波状阶梯岸坡等3种岸坡形态展开实验研究。采用立面二维扩散水槽实验装置和变频格栅振荡系统,模拟不同岸坡形态以及侧向与垂向扩散系数不相等的实验环境。对复式岸坡选择不同几何尺度、角形域角度θ=2π/β(角域映射系数β=8,9,10,11…)以及不同的波状或阶梯高度,研究其岸边排放浓度分布规律、侧向与垂向扩散系数的变化规律和纵向变扩散系数条件下污染混合区形态与各特征值的计算方法。实验研究发现:(1)在波状和倾斜岸坡中,污染质在进入水体后,沿水面的侧向扩散均明显快于深度方向的扩散,侧向扩散系数大于垂向扩散系数。波状岸坡线倾角θ=30°和θ=45°时,污染物在水面处呈半正态浓度分布,分别与对应角度的理论浓度分布大致相同。随着角形域角度的增大,θ=45°时产生的了明显的旋涡,旋涡尺度较大,呈顺时针方向,边缘浓度高,中心浓度低,改变了污染物在岸坡上的浓度分布。实验研究发现波状岸坡的侧向与垂向扩散系数均大于倾斜岸坡的扩散系数。随振荡频率的增加,侧向与垂向扩散系数均增大,同一振荡频率下污染云团的侧向扩散系数基本稳定。(2)在倾斜波状阶梯岸坡顶点排放实验中,污染物沿水面的侧向扩散较深度方向扩散快,在污染云团扩散至中部区域之前尤为明显,侧向扩散系数大于垂向扩散系数,阶梯的侧向位置坐标越小,污染云团在阶梯处的侧向扩散特征越明显。随着频率的增加,污染云团在侧向和垂向发展加快。阶梯对污染云团的扩散发展和污染混合区形态有很大影响。对复杂岸坡河库岸边排放浓度分布规律及侧向与垂向扩散系数进行实验研究,对于揭示其变化规律性,指导江河水库岸边污染混合区和水域纳污能力的计算,推行水污染混合区许可证制度,提高水环境管理水平,具有重要的理论指导与工程应用价值。

关键词：倾斜波状岸坡倾斜波状阶梯岸坡倾斜阶梯岸坡岸边排放浓度分布规律侧向扩散系数垂向扩散系数