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由于潮汐的作用,河口及近海水域的水呈现非定常运动状态,污水排入后实际是在三维动水环境中得到稀释,而在动水情况下污染物质的稀释是潮流和射流共同作用的结果。污染物质浓度的空间变化取决于这一复杂流动的时均特性和紊动特性。目前就科学研究状况来说认识和描述脉动量及非恒定问题存在很大的困难,对污水在潮流中的排放问题的研究和实验都比较少。本文试图通过数学模型的方法对这一情况下的污水排放射流问题进行研究,为污水排海工程提供可行的参考模型。 本文采用动量积分方法建立数学模型求解射流问题,它较微分方程求解法简单。其思想是建立在流动自相似假定的基础上,使流动的控制微分方程简化成常微分方程,并以边界条件使方程封闭,从而结合定解条件来预报浮射流的流动特性,如流速和浓度的分稚规律。 本研究共分五章: 1.概述。第一章简要介绍了浮射流研究的发展以及国内外的研究现状,在较全面的了解了与本课题相关领域研究现状的基础上提出本研究的工作内容和方法。 2.数学模型的建立。第二章在如下基本假设的基础上建立了三维动水环境下圆形浮射流的数学模型:假设圆形浮射流排放到无限水域,射流为定常充分紊动的,环境流体为不可压缩流体,压力梯度假设为垂向。 3.模型的数值解。第三章主要在给定的初始条件和工况下,对第二章推求的模型进行求解,并近似计算模拟了三维动水环境下圆形浮射流的各特征量的发展规律和近区稀释度情况,检验本模型计算结果的可信程度。 4.本研究与其他数学模型及实验结果的比较。第四章则在第三章的基础上,将本研究建立的数学模型在同一工况下和早川典生的模型结果以及试验数据进行比较,结果表明本文的计算结果和实验数据符合较好,并较其他模型计算结果精确。 5.总结和展望。第五章则主要对本研究的方法以及计算结果和结论在总体上进行了总结,并对本课题的后续工作和有待近一步研究的问题给出合理的方向。 综上所述,本研究应用动量积分方法对三维动水环境下的污水排海射流研究,从理论和计算结果来看应该是比较成功的。动量积分方法较其他的方法计算简单,编写出的计算程序运行速度快,计算结果可信度较高,在实际工程中的应用较多。本研究为应用动量积分方法研究动水环境三维圆形浮射流的流动特性进行了初步但有益的探索,为进一步研究非恒定浮射流问题打下了必要的基础和参考。