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气泡式防污帘中气泡羽流摆动特性研究
| 论文题名： | 气泡式防污帘中气泡羽流摆动特性研究 |
| 关键词： | 疏浚工程;气泡式防污帘;气泡羽流;摆动特性 |
| 摘要： | 气泡帘防污系统作为既可满足环保标准又能适应通航要求的防悬浮物扩散技术，在环保疏浚技术中有其独特的优势。气泡帘通过密集的气泡孔射流，阻隔水域中指定区域与其他区域的物质交换，达到保护水域环境的目的。为了调控气泡羽流的形成及运动，提高阻隔效率。本文开展了如下工作： （1）针对水槽中气泡在上升阶段发生的摆动现象会影响气泡的生成效率问题，本文利用CFD方法模拟了气泡生成和上升过程，并开展了实验室水槽气泡形成特性试验；研究了不同通气速度、气泡孔口直径和纵横比对气泡羽流的影响，探究羽流的摆动特性和偏移程度。结果表明，气泡羽流半宽在不同高度区间呈现三种不同分布。气泡羽流摆动的最大偏移量与弗劳德数和水槽纵横比呈指数衰变关系；而最大偏移量对应的偏移角度与弗劳德数和水槽纵横比呈多项式关系，并归纳出不同的羽流上升模式和羽流振荡周期存在的条件。 （2）为深入研究进口气泡速度变化与羽流摆动特性之间的关系，本文通过CFD-PBM方法分析了气泡动力学行为对摆动特性的影响，探索了不同的动力学参数对羽流摆动特性的影响。结果表明，CFD-PBM方法对于羽流摆动特性的预测较为准确，也能对气泡的介尺度行为进行分析。同时，气泡粒径的分区组数对羽流摆动特性影响较大。此外，气泡动力学行为影响羽流摆动是通过改变流域内气泡及液相速度所造成的。 （3）在上升过程中的气泡流融合和受横向水流作用下的羽流稳定性决定着气泡帘的防护效率。本文结合现场工程实际数据测试和横向水流作用下的数值模拟两种方法对气泡帘的可行性进行了评估。结果表明，在工程现场实验中，水体的浊度在气泡帘前后呈总体下降趋势，证明了气泡帘系统在疏浚工程中的实用性；并通过一般线性模型得出气泡管孔间距的变化对气泡羽流融合高度影响最为敏感，而气泡羽流的摆动特性受进口空气流量的作用最为显著，并对羽流稳定性进行了力学分析，得出韦伯数是影响气泡帘稳定性失效的最重要参数。 本文的研究结果表明，气泡帘防污系统利于疏浚环保防污技术的转型升级，为疏浚工程朝着生态环保方向更好地发展。 |
| 作者： | 程以炫 |
| 专业： | 交通运输工程 |
| 导师： | 危卫 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 武汉理工大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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