[发明专利]一种潮流环境下垂直浮力射流的射流轴线计算方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种潮流环境下垂直浮力射流的射流轴线计算方法，是一种环境水力学计算方法，是一种用于适用于河口、海洋等潮汐水域采用垂直出流排水方式的工业废水、电厂温排水的射流轴线计算方法。

背景技术

垂直浮力射流是河口、海洋等潮汐水域排污、排热常见的排放方式。浮力射流的射流轴线反映了污水、热水的运动轨迹，对于工程设计与环境影响评价具有重要的意义。长期以来对静止或恒定水流中的垂直浮力射流排放有比较明确的计算方法。我国滨海地区经济发展迅速、工业密集，许多垂直浮力射流排放口设置在河口或近海等潮汐区域。对于潮汐水域中排放的垂直浮力射流，环境流为非恒定运动的潮流，水流随潮往复运动，潮流流速和方向随潮改变。浮射流在潮流中的运动受到射流自身出流动量、浮力以及具有时间特征的环境潮流的共同作用，射流的稀释扩散规律非常复杂，因此目前一直缺乏相应的射流轴线计算方法。

发明内容

为了克服现有技术的问题，本发明针对具有天然潮汐水域垂直浮力射流共性特征的研究对象，连续采集完整潮周过程中垂直浮力射流的浓度场随潮演变过程，发现涨落潮过程中，潮流环境下的垂直浮力射流轴线相对高度z/D是流速比R与相对距离x/D的函数，而且在初始段呈线性分布、弯曲段呈幂函数分布。据此，本发明提出了一种潮流环境下垂直浮力射流的射流轴线计算方法。所述的方法提出了潮流环境下针对一个完整潮周过程的垂直浮力射流的射流轴线计算方法，解决了潮汐水域垂直浮力射流的射流轴线的计算。

本发明的目的是这样实现的：一种潮流环境下垂直浮力射流的射流轴线计算方法，所述方法的步骤如下：

采集数据的步骤：用于连续采集完整潮周涨落潮变化过程中的射流浓度场、并同步测量环境潮流流速的变化；

计算流速比的步骤：用于提取涨落潮过程中多个时刻的浓度场，并计算各个时刻的流速比；

获得射流轴线的步骤：用于制作多个时刻射流浓度场的浓度等值线，连接每个时刻浓度等值线的最远点，获得各个时刻的射流轴线；

无量纲化的步骤：用于将各个时刻的射流轴线无量纲化，并将射流轴线分为两个区：初始段和弯曲段；

线性拟合获取射流轴线初始段斜率的步骤：针对各个时刻的射流轴线初始段进行线性拟合，获取各个时刻的斜率，各个时刻的斜率与流速比相关；

得到射流轴线初始段公式的步骤：用于进行射流轴线初始段的计算：针对各个时刻射流初始段斜率与流速比进行拟合，将各个时刻射流轴线初段轴线公式统一到一个公式来描述完整潮周涨落潮过程中的射流初始段轴线，可获得初始段射轴线公式：

，其中：x、z分别为射流浓度轴线在水平方向和竖直方向上的投影，D为喷口直径，A、B为常数，R为流速比；

获取各个时刻在对数坐标下的弯曲段射流曲线的步骤：用于针对每个时刻的射流轴线，对弯曲段射流轴线横坐标与纵坐标取对数，可得到各时刻在对数坐标下的射流轴线，对数坐标下射流轴线呈线性分布，而且各个时刻射流轴线斜率相同、均为k₂，截距与流速比相关；

得到射流轴线弯曲段公式的步骤：用于计算每个时刻的流速比，并针对对数坐标下各个时刻射流轴线的截距和射流比进行拟合，获得射流初始段截距与射流比的关系曲线，将各个时刻的射流轴线弯曲段公式统一到一个公式来描述完整潮周涨落潮过程中的射流弯曲段轴线，所述的关系曲线经拟合得到完整潮周涨落潮过程中的射流轴线弯曲段公式如下：

，其中：k₂为对数坐标下射流轴线斜率，A₂与B₂为常数；

形成完整公式的步骤：用于将初始段和弯曲段公式结合形成完整潮流环境下垂直浮力射流的射流轴线计算公式：

射流初始段轴线为：，

射流弯曲段轴线为：。

本发明产生的有益效果是：本发明通过将垂直射流的整条射流曲线分为初始段和弯曲段进行分别拟合，并将初始段和弯曲段射流曲线分别用与流速比有关的直线和幂函数曲线进行描述，最终获得完整潮周过程中整条射流曲线的精确计算公式，为垂直浮力射流出口的工程设计提出了有力的依据。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1是垂直射流的射流轴线示意图；

图2是本发明的实施例一所述方法的计算流程示意图；