明渠自掺气水流掺气发展区浓度分布的计算.pdf.pdf

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№成都科技大学学报总第
盈.. 年期
渠自掺气水流掺气发展区
浓度分布的计算
弓弓
杨永森’吴持恭
车技水电学院水利工程蕞

发展区的液度分布进行了计算. .
关键词:掺气发展区: 紊动扩散方程; 含气浓度分布明榘穆气
引言
明渠自掺气水流沿程可分为掺气发睫区和均匀掺气区。对均匀掺气区的断面浓度分
布. 前人曾进行了广泛的研究, 并已形成一套可用于实际工程的较为完善的方法⋯
。
掺气发展区的流动属于二维两相流,其浓度分布的计算较均匀掺气区一维情况更为
复杂。目前国内外对掺气发展区浓度分布的计算研究较少。就收集到的资料看—
.
. ’
. 西汝译”曾进行过浓度分布的试验研究,
从浓度分布的自模性出发. 进行过理论分析。本文试图从紊动扩散方程出发
, 进行浓度
分布的计算
紊动扩散系数和掺混厚度
紊动扩散理论指出: 速度可流动的主体流中方向
. 若在正交方向方向
有一扩散物质的线谭, 当扩散时问足够长时通过自由扩散而形成的扩散质掺八主体流
的深度与横向扩散距离的均方根成正比, 即
奉文年月日收到
’现在清华大学水利系水力学教研室
.
.
。.
”西游泽,,成都,
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一√√/
式中为主体流中扩散质的扩散系数, 可表示为
吼忙√
式中,￡分别为自相关函数, 积分时间比尺和扩散长度比尺, ,为
扩散质点的素动速度因为
、∞一。
从而

于是界面附近的掺混层厚度
√√
式中, 和口均为系数。
和式表明, 气水界面附近自由素动扩散的掺混屡厚度随距离星线性增长.
扩散系数,只是流速￡,和距离的函数。
明渠自掺气水流掺气发展区的实验研究成果也证明了这一点时启燧的实验结
果表明, 在掺气发展区内, 交界面以下气泡的扩散深度‘与从掺气起点算起的距离成
正比的实验表明, 气水交界面以上水点跃移区内水点跃移高度.
与距离成的正比, 交界面位置保持在同一高度上, 即
/
一。
式中,为临界水深, 。和分别为掺气水深和交界面水深, 为系数。
由和式,
理论分析。
浓度分布公式的推导
由文献的实验结果,在掺气发展区内沿程不变, 因而可建立如图所示的直角
坐标系, 描述浓度的输运。
按照的观点: 掺气水流沿水深可
分为气泡悬移区和水点跃移区。两区的交界面至自
槽底距离用表示。对水点跃移区的浓度分布,
可用水相的紊动扩散方程描述, 即
/口√∈,√
对气泡悬移区的浓度分布, 可用气相的紊动扩散图潍动示意回
§口
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方程描述, 即
筹等∈儿等
上面两式中。,..。, 分别为水相和气相的时均速度分量∈,..∈,。分别为水相租气
相的紊动扩散系数; 。和分掰为含水浓度和台气旅度.
. 承点既移区浓度分布
原则上说,