第1章 绪论 1
1.1 研究背景及意义 1
1.2 研究进展 2
1.2.1 潮流紊动特性 2
1.2.2 垂直射流实验 3
1.2.3 射流数学模型 8
1.2.4 PIV-PLIF测量技术 11
1.3 本书主要研究工作 14
1.3.1 关键技术问题 14
1.3.2 主要研究工作 15
第2章 大范围、高帧频PIV-PLIF同步测量系统的研发 17
2.1 测量原理 17
2.1.1 PIV流场测量原理 17
2.1.2 PLIF浓度场测量原理 17
2.2 关键技术与技术路线 18
2.2.1 关键技术 18
2.2.2 技术路线 19
2.3 硬件系统 24
2.3.1 激光器与冷却水系统 24
2.3.2 光学系统 24
2.3.3 流场示踪粒子与荧光物质 27
2.3.4 图像数据采集、传输与存储系统 28
2.4 流场与浓度场算法 30
2.4.1 PIV流场算法 30
2.4.2 PLIF浓度场算法 31
2.5 软件系统 33
2.5.1 图像采集模块 34
2.5.2 标定模块 36
2.5.3 流场与浓度场计算模块 37
2.5.4 紊动参数计算模块 39
2.6 小结 40
第3章 潮流紊动特性实验研究 41
3.1 潮型设计 41
3.2 实验系统 42
3.2.1 实验水槽与供水系统 42
3.2.2 生潮控潮系统 43
3.2.3 测量仪器 44
3.3 潮位与潮流瞬时流速过程 44
3.4 紊流处理方法 45
3.4.1 移动平均法 46
3.4.2 最小二乘法拟合 47
3.5 紊动特性实验成果分析 47
3.5.1 时均流速与脉动流速 47
3.5.2 相对紊动强度 48
3.5.3 雷诺应力 50
3.5.4 纵向流速概率分布 51
3.5.5 脉动流速紊动能谱 52
3.6 小结 53
第4章 潮流环境下垂直浮射流实验研究 54
4.1 模型设计 54
4.2 控制条件与测量断面 54
4.3 实验系统 56
4.3.1 浮射流控制系统 56
4.3.2 测量仪器 58
4.3.3 PIV-PLIF系统标定 58
4.4 实验成果分析 61
4.4.1 量纲分析 61
4.4.2 射流浓度场与流场随潮演变过程 62
4.4.3 射流边界 64
4.4.4 射流轴线 68
4.4.5 射流轴线稀释度变化规律 78
4.4.6 射流轴线的垂线浓度分布 79
4.4.7 射流物质紊动扩散特性 82
4.5 小结 83
第5章 潮流环境下垂直浮射流三维数值模拟 84
5.1 控制方程 84
5.2 计算区域、网格、初边条件、数值算法及模型参数 86
5.2.1 计算区域 86
5.2.2 计算网格 87
5.2.3 初边条件 87
5.2.4 计算软件与模型参数 89
5.3 模型验证 89
5.3.1 流场验证 89
5.3.2 浓度场验证 89
5.4 计算结果分析 94
5.4.1 流场结构 94
5.4.2 浓度场结构 109
5.4.3 射流分叉特性 123
5.4.4 射流轴线位置 128
5.4.5 射流轴线稀释度 130
5.5 小结 132
参考文献 134