發(fā)布時(shí)間：2020-03-31 12:55

【摘要】：泥沙是污染物運(yùn)動(dòng)的主要載體，泥沙的懸揚(yáng)、沉降及輸送對(duì)污染物的遷移運(yùn)動(dòng)有著重要影響，這種影響主要表現(xiàn)為泥沙對(duì)污染物的吸附和解吸過(guò)程。只有合理地考慮泥沙對(duì)污染物的吸附解吸效應(yīng)，才能正確模擬評(píng)價(jià)污染物運(yùn)動(dòng)的時(shí)空變化過(guò)程�；�于此，本文以磷為代表性污染物，綜合運(yùn)用室內(nèi)實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬手段，針對(duì)紊動(dòng)水體中泥沙吸附解吸磷的動(dòng)態(tài)過(guò)程及基本特性進(jìn)行了研究。 為了較好的量化水體紊動(dòng)及泥沙運(yùn)動(dòng)狀態(tài)對(duì)泥沙吸附解吸磷的影響，本文首先采用振動(dòng)格柵裝置模擬沿垂向近似均勻分布的紊流，針對(duì)不同振動(dòng)參數(shù)作用下的水流紊動(dòng)特性、懸浮泥沙濃度及粒徑組成進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，并建立了垂向一維數(shù)學(xué)模型用于描述實(shí)驗(yàn)紊動(dòng)水流條件和泥沙運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。測(cè)量結(jié)果表明，振動(dòng)格柵裝置可在一定范圍內(nèi)產(chǎn)生近似均勻紊流，懸浮泥沙濃度與格柵振動(dòng)參數(shù)之間有著較好的相關(guān)關(guān)系，水體紊流結(jié)構(gòu)及泥沙濃度的垂向分布可用數(shù)學(xué)模型進(jìn)行較好的量化，可在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步開(kāi)展動(dòng)水條件下泥沙吸附解吸污染物的相關(guān)研究。 在恒溫振蕩器中開(kāi)展了泥沙吸附-解吸磷的平衡實(shí)驗(yàn)和動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)，采用Langmuir吸附動(dòng)力學(xué)方程針對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了擬合，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，Langmuir吸附動(dòng)力學(xué)方程可合理描述泥沙吸附-解吸磷的動(dòng)態(tài)過(guò)程和平衡狀態(tài)，泥沙濃度、泥沙粒徑對(duì)泥沙吸附解吸磷的動(dòng)態(tài)過(guò)程和平衡狀態(tài)有著不同程度的影響，泥沙濃度越低、粒徑越小，單位質(zhì)量泥沙吸附磷的能力相對(duì)越強(qiáng)。 通過(guò)調(diào)整格柵紊流的振動(dòng)參數(shù)模擬不同強(qiáng)度的紊動(dòng)水體，，開(kāi)展了泥沙吸附解吸磷的動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)，吸附實(shí)驗(yàn)表明，紊動(dòng)水體中磷的水相濃度同時(shí)受紊動(dòng)擴(kuò)散作用和泥沙吸附-解吸作用的影響，紊動(dòng)強(qiáng)度越高，水體中泥沙含量越高，泥沙吸附磷的總量也就越多，達(dá)到平衡的時(shí)間越短，解吸實(shí)驗(yàn)的結(jié)果也有同樣的規(guī)律。 通過(guò)聯(lián)合求解水流泥沙運(yùn)動(dòng)方程、污染物輸移擴(kuò)散方程和吸附動(dòng)力學(xué)方程，分別建立了包含泥沙吸附-解吸效應(yīng)的一維和三維多組分?jǐn)?shù)學(xué)模型。數(shù)學(xué)模型的結(jié)果表明，波流作用下床面附近的高濃度含沙水體雖然較薄但能不斷釋放污染物至上部水體，使得污染物濃度增大。由于沉降速度不同，不同粒徑泥沙在湖泊中的沉降距離不同，較細(xì)的泥沙吸附更多的污染物在湖泊中的輸送距離較遠(yuǎn)，影響范圍和影響程度較大，因此，在模擬泥沙吸附-解吸污染物的過(guò)程中應(yīng)當(dāng)采用多組分的泥沙數(shù)學(xué)模型才能有效的估計(jì)和量化其潛在影響。
【圖文】：

近似均勻紊流模擬裝置如圖 2-1 所示，容器采用一個(gè)直徑 30cm，高 100cm的有機(jī)玻璃筒，紊流發(fā)生裝置由電機(jī)、傳動(dòng)裝置、控制箱組成。電機(jī)振動(dòng)頻率為0Hz~10Hz，無(wú)級(jí)可調(diào)；傳動(dòng)結(jié)構(gòu)振幅為 0～10cm，無(wú)級(jí)可調(diào)；格柵通過(guò)傳動(dòng)結(jié)構(gòu)與電機(jī)相連并由電機(jī)驅(qū)動(dòng)，在豎直水槽中沿垂直方向作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，格柵開(kāi)口處將形成射流，而格柵條上下方則形成尾流，射流與尾流相互作用生成近似各向同性的紊流[104]。

20圖 3-1 均勻紊流模擬裝置為了量化振動(dòng)格柵紊流中流場(chǎng)流態(tài)及紊動(dòng)動(dòng)能k 、紊動(dòng)耗散率ε 和紊動(dòng)擴(kuò)散系數(shù)tν 等參數(shù)，分析紊動(dòng)特性的垂向分布及其對(duì)泥沙運(yùn)動(dòng)的影響，本文采用Nortek 公司生產(chǎn)的聲學(xué)多譜勒點(diǎn)式流速儀測(cè)量了實(shí)驗(yàn)裝置不同位置的三維流速，實(shí)驗(yàn)參數(shù)如表 3-1 所示。表中0k 和0ε 采用文獻(xiàn)[115]提出的方法進(jìn)行計(jì)算，公式如下：2Re = fS ν(3-2)
【學(xué)位授予單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類(lèi)號(hào)】：TV14;X143

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2609103