水體中污染物濃度場的水槽實(shí)驗(yàn)及數(shù)值模擬.pdf

1、研究環(huán)境污染問題，人們最關(guān)心的是污染物在空間的分布。水體中污染物濃度場是衡量水體被污染程度的重要指標(biāo)，因此成為當(dāng)前環(huán)境工作者研究的熱點(diǎn)之一。本文通過水槽物理實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬相結(jié)合的方法，對(duì)水體中污染物濃度場的擴(kuò)散特征進(jìn)行研究。
　　物理實(shí)驗(yàn)部分，用示蹤粒子模擬水體中的污染物，利用PIV流動(dòng)顯示技術(shù)和MATLAB圖像處理技術(shù)實(shí)現(xiàn)了對(duì)圖像粒子濃度的測量。同時(shí)，結(jié)合 PIV同步測量的速度信息，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)濃度場的水動(dòng)力分析。該成果可為污染物

2、濃度場擴(kuò)散規(guī)律及其機(jī)制研究提供一種方法。
　　首先，配置不同濃度的液體，利用PIV技術(shù)和MATLAB技術(shù)依次測量其圖像粒子濃度，繪制實(shí)際粒子濃度和圖像粒子濃度的關(guān)系曲線，實(shí)現(xiàn)對(duì)兩者的標(biāo)定?？紤]到恒流泵對(duì)流經(jīng)液體濃度的影響，特對(duì)經(jīng)過恒流泵后原液的實(shí)際濃度進(jìn)行了測量，以提供準(zhǔn)確的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。
　　接著，設(shè)計(jì)了不同水槽進(jìn)口流量和水位條件下污染物濃度場的水槽實(shí)驗(yàn)，從PIV圖像、平均濃度和濃度等值線三個(gè)方面，分別分析了水流動(dòng)力條件對(duì)濃度

3、場擴(kuò)散的影響。結(jié)果顯示：
　?、俦３炙蹆?nèi)水位不變，加大水槽進(jìn)口流量，會(huì)加大水流流速，增強(qiáng)水動(dòng)力對(duì)粒子的沖散作用，使得粒子分布范圍擴(kuò)大、整個(gè)區(qū)域平均濃度減小、濃度等值線數(shù)值減??；
　?、谠谒圻M(jìn)口流量一定的情況下，抬高水位，會(huì)減小水流流速，減弱水動(dòng)力對(duì)粒子的沖散作用，使得粒子分布范圍減小、整個(gè)區(qū)域平均濃度增大、濃度等值線數(shù)值增大。同時(shí)，利用PIV測得的速度等值線圖與計(jì)算的濃度等值線圖對(duì)照發(fā)現(xiàn)，在同一個(gè)縱斷面，由于水流流速的不

4、同，濃度值也不相同，在速度大的區(qū)域，粒子濃度小；反之亦然。從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)濃度場擴(kuò)散內(nèi)部機(jī)制的分析。
　　然后，根據(jù) MATLAB統(tǒng)計(jì)出的粒子面積，求出粒子粒徑。對(duì)不同閾值時(shí)粒子粒徑的分布結(jié)果進(jìn)行對(duì)比發(fā)現(xiàn)，二值化閾值的不同，不僅造成粒子粒徑范圍的不同，而且也造成相應(yīng)粒徑范圍內(nèi)粒子個(gè)數(shù)的不同，再次證明二值化閾值的重要性。對(duì)不同實(shí)際濃度液體粒子粒徑頻數(shù)分布以及粒徑統(tǒng)計(jì)參數(shù)Dv0.5和Dv0.9的統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，隨著液體濃度的加大，粒徑變化范圍逐