同流环境中多孔热水紊动浮射流特性数值模拟分析

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1、前言__■-‘-_●-刖声随着我国工业的发展和城市化规模的不断扩大，国家对能源的需求日益增加，尤其是对工业生产和人们日常生活至关重要的电能，为了缓解电力供需紧张的矛盾，一批热电、核电项目陆续上马。同时伴随着人类的经济活动，大量有毒有害的工农业废水、废气和生活污水未经充分处理而直接排入河流、湖泊、水库、海洋、大气和土壤，使地表水、地下水等天然水体和大气受到严重污染，影响生产、生活、生态平衡的各种环境问题日益突出，制约着人类社会的进一步发展。因此，环境的保护和资源的可持续利用，已成为当今世界面临的主要任务之一。电厂的建设不可避免会带来发电机组冷却水处理的问题。以火力发电为例，在燃料燃烧产生的能

2、量中，一般40％转化成电能，12％随着烟气排放到大气中，余下48％全部随冷却水进入水体。大量未经处理的冷却水排入水体后，将引起水体水温的升高，产生一系列影响如改变了水生生物的生存条件，使得水中非离解氨含量增加并促进其对生物的毒害作用，从而对生物及生态环境造成影响和破坏。热污染问题一直以来都是水体环境污染研究的一个重要内容，在受污染水体中，水体的温度场扩散及其分布是衡量水体被污染程度的要素之一，它直接反应污染物的排放量和影响范围，具有很好的实际意义，因而是当前环境工作者研究的热点之一。在生产实践中，废水一般是经由管道排放到水体中。射流可以看作是一股流体从各种排放口或喷口流入周围环境流体，并与

3、环境流体发生强烈掺混的流动形式。在研究和工程领域中，通常将这类排放定义为浮射流。经由扩散器排放出的污水以浮射流的形式和周围水体发生强烈掺混，在排放近区内达到高度稀释。在初始阶段内污水的掺混稀释以动量卷吸和强迫掺混为主要机理，是污水稀释掺混的主要区域口一3。因此，研究污水处置工程中排放口的排放流动特性就具有重要的理论意义和实际应用价值。排放口近区排放流动特性主要是指不同环境水体中扩散器排放污水的初始掺混、卷吸和稀释特性。运动的环境水体明显地改变污水的初始排放特性，研究环境水体对以浮射流形式排放的污水的初始掺混稀释特性作用机理，可以正确认识污水掺混稀释的本质，合理进行污水排放口的设计以获得良好

4、的排放流动特性，达到更高效率的初始稀释，将排放的污水对环境水体的影响减至最小；可以正确确定污水江河湖海处置工程的允许排污负荷和制定排污标准，是进一步提高污水江河湖海处置水平和加快城市污水处置进程的理论基础。西安理工大学硕士学位论文1绪论1．1研究工作的意义当今世界经济的快速发展和人口的不断增加使得人类与自然环境之间的矛盾不断加剧。人类活动的范围的不断扩大空前加剧了对环境的影响，环境污染和生态环境破坏己经发展到了极其危险的程度。经济的快速发展一方面提高了人们的物质生活水平，另一方面又对自然生态环境造成了破坏，如果不采取合理有效的控制措施，治理生态环境污染，人类将会遭受到自然界越来越严厉的惩罚

5、。因此我们有必要利用一切有效的手段维持自然界的平衡，使得人类社会与自然界和谐共存和发展。我国水资源地域分布不均所造成的资源性缺水和经济的迅猛发展所造成的水质性缺水，己经严重制约了经济的发展，目前我国七大水系辽河、海河、淮河、黄河、松花江、珠江、长江均己受到不同程度的污染，其中42％的水质超过3类标准，全国有36％的城市河段为劣5类水质，己丧失了使用功能；大型淡水湖泊(水库)和城市湖泊水质普遍较差，75％以上的湖泊富营养化加剧。在这种形势下，既要充分利用现有的水资源，又不能以破坏水生态环境的为代价，这是广大的科研人员和相关部门决策者考虑的首要问题。电力、机械冶金、化工、石油工业等所产生的热废

6、水向水体的排放，使水体温度升高到有害程度，称为水体热污染。水体热污染会影响水质以及水生态环境，给人类带来间接危害。水体热污染的危害主要有：①使水中溶解氧减少。溶解氧是水生生物赖以生存的条件之一，也是水体净化的最重要因素之一。而水中溶解氧的溶解度与温度成反比；此外当温度、有毒物质一定时，如溶解氧下降，有害物质的毒性增强。②导致水体富营养化。因N、P等物质的过剩是产生富营养化的主要原因，但温度也是不可忽视的。首先，增温可促进有机物的分解，同时又使溶解氧下降，底泥处于厌氧状态，增强其释放N、P。其次，增温可以使耐温性和温性植物种类如蓝藻、绿藻增加，浮游植物异常增殖。③使水体中重金属和有害物质的毒

7、作用加大。水温升高，生物化学反应加快。重金属具潜在的危险，一些重金属可在微生物的作用下转化为金属有机物，产生更大的毒性，例如汞的甲基化。另外，水温升高，有害物质的毒作用加大，并且富集速度加快影响受害生物的生存。④使水生生物繁殖率下降，甚至引起鱼类种群的改变与死亡。水温是鱼类生长繁殖的重要因素，它可以改变体内的代谢速度，还可使鱼类感染疾病的几率增加。一般说来工业或生活废水，无论经过处理与否，最终绝大部分都要排入环境水体，并