排热工况下湖水源热泵系统的水体水温计算方法

湖水源热泵利用水体的水温在系统排热或排冷工况下将发生动态变化,水体的水温变化超过水体所能承受的排热或排冷量时,将导致湖水源热泵系统运行不正常甚至瘫痪。在二维初始水温模型的基础上,利用质量和能量方程,建立了水源热泵系统利用水体水温变化的动态模型。通过水流方程与温度方程藕合求解得到水体在带负荷状况下的水温变化模型方程。该计算方法不仅可以为湖水源热泵系统的可行性研究奠定理论基础,也可作为计算利用水体最大热承载能力的前期研究基础。     

水库二维恒定水流的垂向温度分布

水库水温分布的预测一直是水环境研究的热点问题。水温不仅对水质有重要影响,同时也影响到取水工程的设计。首先通过试验测量了水体密度随水温的变化,结合已有的研究数据,提出了水体密度的计算公式。然后,根据水温层化型水库的流速分布特点,从垂直二维均匀水流和温度模型出发,推导出了一种新的水温垂向分布计算公式,并利用新安江、二滩、Wiwa等5座水库的实测水温资料对其进行了检验,结果表明,精度良好。该公式结构简单,参数意义明确,计算方法简单实用。最后,对温跃层形成的条件进行了讨论。     

水温分层对水体中悬浮颗粒物垂向输运影响的研究

针对三峡水库蓄水后香溪河库湾水温分布特性进行了数值研究。研究表明,香溪河库湾属于季节性水温分层型水体,在分层期会伴有温跃层的出现,在此基础上讨论水温分层对水体中悬浮颗粒物垂向输运的影响。通过推求沉速与水温分布的相关关系,发现水流在紊动条件极其微弱的情况下,水温分层可同时引起悬浮颗粒物的沉降速率呈现梯度分布状态,因此,易造成悬浮颗粒物在温变层的富集,最终将导致物质浓度在垂向上出现分层现象。     

香溪河库湾水温分布特性及其对悬浮颗粒物垂向输运的影响

针对三峡水库蓄水后香溪河库湾水温分布特性进行了数值研究。研究表明,香溪河库湾属于季节性水温分层型水体,在分层期会伴有温跃层的出现,在此基础上讨论水温分层对水体中悬浮颗粒物垂向输运的影响。通过推求沉速与水温分布的相关关系,发现水流在紊动条件极其微弱的情况下,水温分层可同时引起悬浮颗粒物的沉降速率呈现梯度分布状态,因此,易造成悬浮颗粒物在温变层的富集,最终将导致物质浓度在垂向上出现分层现象。     

坝前区域3维水温数值模拟研究

为避免大型水库低温下泄对下游水生生物或灌区农作物造成不利影响,准确预测水库的坝前水温分布十分必要。为此,采用三维水温紊流数学模型,以横向平均的二维水温模型的计算结果作为三维模型的入流边界条件和初始条件,以已建成的二滩水库坝前1km范围内的水体为研究对象,进行了三维水温的数值模拟验证。将模拟计算的水温结果与实测的水温结果进行了对比分析,结果表明采用本文提出的方法能够较好地模拟坝前深水库区的水体水温分层流动和进水口前的水体流动特性。     

微宇宙环境下藻类生长与理化因子回归研究

为考察水库水中藻类生长与理化因子的相关性,用微宇宙环境模拟藻类生长过程并监测理化因子变化,建立相关回归统计方程.以微宇宙环境中鱼腥藻、微囊藻和中度营养状态水体中藻类的生长为研究对象,考察藻类生长过程中理化因子的变化,建立藻生长与环境因子的线性相关矩阵,并建立相关预测方程.实验结果表明:总磷和水温是影响藻类生长显著因子;通过总磷和水温建立起的相关预测方程,能够预测水体内藻细胞浓度变化.微宇宙环境下基于理化因子所建立起的藻类生长预测方程有助于水厂准确预测藻类浓度,及时调整水处理工艺.     

水库温度分层流动的三维数值模拟

水库中水温是一个重要的水质因素,其变化直接影响水环境中水生生物的生存。为了预测水库水温分层分布规律,研究水流流动特性,采用剪切应力输运紊流数学模型,考虑紊动剪切应力的输运作用,数值模拟了水库中冷热水密度差产生浮力流继而导致温度分层。通过模拟结果与实测资料以及沿横向平均的二维水温模型计算结果的对比分析,结果表明剪切应力输运模型能够准确地模拟水库中温度分层流动,同时可给出密度下潜流流动细节情况。     

基于掺长模型非淹没刚性植被水流流速垂向分布的数值解

对非淹没刚性植被的水流流速垂向分布进行了研究,基于恒定均匀流假定,通过单元体的受力分析得到考虑刚性、非淹没植被作用后水体单元流动的控制方程,充分考虑了植被群对混掺长度、植被拖曳力系数、达西—魏斯巴哈摩擦系数的影响,得到了基于混合长度概念的求解非淹没刚性植被水流流速垂向分布的新模型。该模型物理概念清晰,形式简单,可直接计算出摩阻流速。结合本文和Rowinski 等的室内水槽实验资料,采用该模型对非淹没刚性植被流速垂向分布进行了数值模拟,结果表明本文给出新的掺长模型是合理有效的。     

固液两相流中K—ε双方程湍流模式及在水涡轮机械流场中的应用

基于两流体模型，建立了固液两相流中Ｋ—ε的双方程湍流模式。模化了连续方程、动量方程、Ｋ方程及ε方程，在这些模化方程中，考虑了固液两相间速度滑移，颗粒间的作用及相间作用。使用本文所发展的湍流模型和颗粒磨损模型，可预测固液两相湍流中的流动特性和颗粒对过流部件的磨损率。数值模拟了一水轮机蜗壳含沙水流中的流动特性及磨损分布。其预测结果与实验结果较为一致．     

固液两相流中D—ε双方程湍流模式及在水涡轮机械流场中的应用

基于两流体模型，建立了固液两相流中Ｋ－ε的双方程湍流模式。模化了连续方程、动量方程、Ｋ方程及ε方程，在这些模化方程中，考虑了固液两相间速度滑移，颗粒同的作用及相间作用。使用本文所发展的湍流模型和颗粒磨损模型，可预测固液两相湍流中的流动特性和颗粒对过流部件的磨损率。数值模拟了一水轮机蜗壳含沙水流中的流动特性及磨损分布。其预测结果与实验结果较为一致。     

立面二维水库水温模型的并行研究

对水库水温进行预测时,传统SIMPLE算法在每个时间步上都要顺序计算流场和压力场,并进行修正,效率较低。结合其压力修正原理,提出对流场和标量方程、系数矩阵与方程求解分别进行并行处理,应用于宽度平均的立面二维水库水温模型,采用Intel四核处理器进行计算,预测结果显示串并行结果完全一致,加速比达1.5,有效地提高了该模型的计算效率。     

流体层流横掠多孔介质中等温平板的对流换热积分解

对流体层流横掠多孔介质中等温平板的二维流动应用Brinkman--Forchheime--extended Darcy模型和流体与多孔介质之间局部热平衡的传热理论建立质量方程、动量方程和能量方程,应用数量级分析的方法对方程组进行了简化,并应用积分法得出了边界层内流体的速度分布、温度分布、以及摩擦系数和对流换热系数的理论表达式。结果表明,多孔介质中平板表面的速度边界层厚度与光板时有明显的不同,其在平板前端迅速增长,尔后变得非常平坦并几乎不再增长;而热边界层厚度则和光板时类似,沿着流动方向不断地增长。     

大型泵站引水河道流场的数值模拟

应用正交曲线坐标系下的二维水深平均数学模型对大型泵站的引水河道流场进行了数值模拟 .采用Pois son变换生成正交网格 ,用四边形插值方法生成计算网格的底高程数据 ,并用SIMPLEC方法求解离散方程 .由该模型计算出的金口泵站引水河段的流场图及各断面垂线平均流速分布与物理模型试验的成果较为一致 .     

立轴旋涡多圈螺旋流场特性研究

为描述进水口前立轴旋涡多圈螺旋的流场特性,运用数值模拟、试验研究和理论公式3种方法。其中,数模采用VOF法追踪自由水面,试验中用有色颜料作为示踪介质,3个方向速度的理论公式中增加了随轴向的变化。结果表明,在轴对称条件下,对数模、理论计算的速度分布进行对比分析,证实了旋涡流场不仅是径向的函数,而且还是轴向的函数。运用数值模拟具有能模拟各种不同边界条件的优势,还对非对称来流条件下形成的立轴旋涡进行了模拟。     

正交曲线坐标系下二维浅水方程的变换

在平面二维明渠非恒定流的研究中,常采用边界拟合坐标技术建立二维正交曲线网格,但是直接推导坐标变换后在正交曲线坐标系下的二维浅水方程比较困难.本文给出了一种应用张量分析的推导方法,利用该方法简单、准确地给出了正交曲线坐标系下的二维浅水方程的具体形式,该方程已经广泛地应用于明渠水流计算中.     

基于ArcGIS的区域饱和-非饱和点源氮素污染模型及应用

针对流域点源氮素对地表水体污染负荷的定量计算问题,本文基于ArcGIS平台改进了饱和-非饱和氮素运移转化和氮素对地表水体的负荷计算模型ArcNLET,该模型可考虑水流和氮素在土壤中的一维垂向运动和在地下水中的二维水平运动,计算从点源排出经土壤消减到达地下水面的硝态氮和铵态氮浓度及其在地下水中的浓度分布,并最终计算氮素对地表水体的负荷。将该模型应用于美国佛罗里达州Julington Creek流域点源氮素污染和负荷计算,定量分析了当地点源氮素出流对地表水体的污染风险。结果表明,由于地形和土壤性质的差异,从点源到达地下水面的氮素浓度具有很强的空间变异性;该流域氮素进入地表水体的负荷中,铵态氮比例占26%,说明忽略地下水中铵态氮会低估氮素污染风险。该模型各模块相互独立,参数较少,利用ArcGIS对输入数据和输出数据进行可视化处理,是定量评估流域点源氮素对地表水体污染负荷的有效工具。     

基于组分输运模型和RNG k-ε模型的浑水异重流数学模型研究及其应用--研究生论坛稿件

基于组分质量守恒理论,将浑水异重流的运动过程看成是含沙浑水中的泥沙这一组分在水体中的传输过程,建立组分方程,与考虑了平均流动中的旋流流动情况的RNGk-ε方程组进行耦合求解,利用目前广泛使用的商用FLUENT软件进行数学模型计算,并采用室内模型试验进行论证。结果表明:该数学模型可以有效模拟浑水异重流的潜入和前锋运动过程,为深入研究水库、湖泊及河流入海口浑水异重流问题提供了新的途径。借助此模型模拟了水库内汛期浑水异重流运动情况。     

水污染扩散的二维数值模拟及其可视化

针对城市公共安全应急平台的应用需求,建立了水污染扩散的二维数值模型,采用隐格式的有限差分法联合求解水动力方程和污染扩散方程,获得污染物浓度的时空分布,同时研究了基于GIS的水污染扩散模拟结果的可视化方法和途径.通过某河道水污染扩散模拟的实例分析,验证了模型及其算法的有效性和实用性,并在ArcGIS平台上实现了模拟结果的动态可视化,为水污染事故灾害应急处置和决策提供重要依据.     

废轮胎裂解塔内加热盘面的传热传质模型

针对一种新型立式废轮胎裂解塔，建立了塔内橡胶小块沿盘面运动的传热传质模型，并给出
了塔内关键性能参数如料环高度、盘面积料及停留时间的计算公式。应用颗粒传热扩散理论及橡胶裂解动
力学方程，给出了裂解塔内每道料环的出料温度及橡胶裂解率的迭代计算公式，并从理论上给出了裂解塔
的最大处理量。应用该模型对一台中试装置进行了理论计算，计算结果与实验结果吻合较好。