Введение к работе
Актуальность темы. В последние годы большое внимание уделяется опросам защиты окружающей среды, и в частности - рек и каналов, от агрязнений. Отрицательное антропогенное воздействие на водотоки аключается, прежде всего, в их загрязнении сточными водами. Для меньшения негативного влияния человека на реки и каналы необходимо ірогнозировать распространение загрязняющих веществ в этих водотоках, ум чего следует уметь рассчитывать ( в общем случае ) трехмерное поле .еченнй. Трехмерность поля скоростей существенна даже в случае іродольно-однородного движения жидкости, так как вторичные течения в інде вихрен с продольной осью вносят значительный вклад в рассеяние іагрязняющих веществ, Данные о поле скоростей необходимы также для шчисдения расхода воды в русле и распределения касательных напряжений трения по смоченному периметру.
Учитывая вышесказанное, представляется. . актуальным математическое моделирование трехмерных продольно-однородных течений и распространения примесей в руслах произвольной формы поперечного сечения с учетом анизотропии турбулентностн, порождающей вторичные течения. Цели работы:
-
Разработка математической модели, позволяющей описывать трехмерные поля скорости течений и концентрации примеси в безнапорных продольно-однородных потоках с учетом вторичных течений и создание соответствующего прикладного пакета программ.
-
Определение структуры вторичных течений и их влияния на гидравлические характеристики потока.
3. Выявление влияния вторичных течений на процессы
массопереноса.
4. Разработка практических рекомендаций по рациональному
местоположению выпуска сточных вод в каналах различной формы
поперечного сечения. -
На защиту выносятся:
1. Модификация модели турбулентности ' с алгебраическими
выражениями для рейнольдсовых напряжений с учетом их анизотропности
применительно к продольно-однородному движению жидкости.
2. Метод расчета трехмерного поля скоростей для цилиндрических
каналов произвольной формы поперечного сечения.
-
Данные о структуре вторичных течений в каналах составногс поперечного сечения, полученные по результатам численногс .моделирования.
-
Рекомендации по учету русло-пойменного взаимодействия при гидравлическом расчете составных каналов.
-
Рекомендации, касающиеся рационального местоположения длл выпуска сточных вод в руслах различной формы поперечного сечения.
Научная новизна работы. Для случая продольно-одиородногс движения жидкости предяожена модификация модели турбулентности < алгебраическими выражениями для напряжений Рейнольдса, основанием на "расщеплении" по физическим процессам. Предложен ( и апробировал при постановке граничных условий вблизи углов поперечного сечения] усовершенствованный универсальный логарифмический профил скорости . Определена структура вторичных течений в руслах со сложно, составным поперечным сечением и предложены зависимости для учете русло-пойменного взаимодействия. Предложен метод расчете распределения по смоченному периметру продольных касательных напряжений, действующих со стороны руслового потока на дно русла Впервые проведены расчеты трехмерного распространения примесей учитывающие конвективный перенос вторичными течениями Разработаны рекомендации рационального местоположения выпуск* сточных вод, которое приводит х скорейшему разбавлению примесей.
Практическая ценность. Полученные результаты могут был использованы для определения рационального способа и режима сброс* загрязняющих веществ и для прогнозирования возможного загрязнении водотоков. Результаты работы могут использоваться для расчета расходе воды в руслах рек и каналов, а также для определения участкои дна, і наибольшей степени подверженных размыву.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работь докладывались на семинарах кафедры гидравлики СПбГТУ Ci 989-] 995), і также были представлены на конференции "Охрана окружающей среды оі загрязнений выбросами ЦБП" (Ленинград, 1991), в международное молодежной школе "Применение компьютера в гидротехнике и охран< водных ресурсов" (Варна, 1990) и на 2-й международной конференцій "Hydraulic and Environment Modelling" (Bradford,1992). Полученньїі результаты учитывались при составлении отчета о работе росенйско норвежского проекта "Market Survey for Environmental Technology ii North-West Russia" (Kirkenes,1995).
-ь -
Структура н объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти лов, заключения и списка литературы ( 101 наименование ). Материал оложен на 152 страницах машинописного текста, содержит 82 рисунка, 16 абяиц всего 234 страницы.