發(fā)布時間：2020-03-31 12:55

【摘要】：泥沙是污染物運動的主要載體，泥沙的懸揚、沉降及輸送對污染物的遷移運動有著重要影響，這種影響主要表現(xiàn)為泥沙對污染物的吸附和解吸過程。只有合理地考慮泥沙對污染物的吸附解吸效應(yīng)，才能正確模擬評價污染物運動的時空變化過程�；�于此，本文以磷為代表性污染物，綜合運用室內(nèi)實驗和數(shù)值模擬手段，針對紊動水體中泥沙吸附解吸磷的動態(tài)過程及基本特性進行了研究。 為了較好的量化水體紊動及泥沙運動狀態(tài)對泥沙吸附解吸磷的影響，本文首先采用振動格柵裝置模擬沿垂向近似均勻分布的紊流，針對不同振動參數(shù)作用下的水流紊動特性、懸浮泥沙濃度及粒徑組成進行了實驗研究，并建立了垂向一維數(shù)學(xué)模型用于描述實驗紊動水流條件和泥沙運動狀態(tài)。測量結(jié)果表明，振動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)模型進行較好的量化，可在此基礎(chǔ)上進一步開展動水條件下泥沙吸附解吸污染物的相關(guān)研究。 在恒溫振蕩器中開展了泥沙吸附-解吸磷的平衡實驗和動力學(xué)實驗，采用Langmuir吸附動力學(xué)方程針對實驗數(shù)據(jù)進行了擬合，實驗結(jié)果表明，Langmuir吸附動力學(xué)方程可合理描述泥沙吸附-解吸磷的動態(tài)過程和平衡狀態(tài)，泥沙濃度、泥沙粒徑對泥沙吸附解吸磷的動態(tài)過程和平衡狀態(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越強。 通過調(diào)整格柵紊流的振動參數(shù)模擬不同強度的紊動水體，，開展了泥沙吸附解吸磷的動態(tài)實驗，吸附實驗表明，紊動水體中磷的水相濃度同時受紊動擴散作用和泥沙吸附-解吸作用的影響，紊動強度越高，水體中泥沙含量越高，泥沙吸附磷的總量也就越多，達(dá)到平衡的時間越短，解吸實驗的結(jié)果也有同樣的規(guī)律。 通過聯(lián)合求解水流泥沙運動方程、污染物輸移擴散方程和吸附動力學(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，容器采用一個直徑 30cm，高 100cm的有機玻璃筒，紊流發(fā)生裝置由電機、傳動裝置、控制箱組成。電機振動頻率為0Hz~10Hz，無級可調(diào)；傳動結(jié)構(gòu)振幅為 0～10cm，無級可調(diào)；格柵通過傳動結(jié)構(gòu)與電機相連并由電機驅(qū)動，在豎直水槽中沿垂直方向作往復(fù)運動，格柵開口處將形成射流，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格柵紊流中流場流態(tài)及紊動動能k 、紊動耗散率ε 和紊動擴散系數(shù)tν 等參數(shù)，分析紊動特性的垂向分布及其對泥沙運動的影響，本文采用Nortek 公司生產(chǎn)的聲學(xué)多譜勒點式流速儀測量了實驗裝置不同位置的三維流速，實驗參數(shù)如表 3-1 所示。表中0k 和0ε 采用文獻[115]提出的方法進行計算，公式如下：2Re = fS ν(3-2)
【學(xué)位授予單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號】：TV14;X143

【參考文獻】

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本文編號：2609103