气泡羽流在理想化水库中引起温度去分层的数值研究
流体动力学
2024-11-06 v1
摘要
本研究开发了一种内置数值模型，用于研究气泡羽流在水库中引起的温度去分层现象。混合流体相的平均流动通过Reynolds平均Navier-Stokes方程求解，而气泡相通过空气浓度的对流扩散方程计算。通过求解能量方程追踪水温变化。采用考虑气泡浮力和温度变化效应的双方程湍流模型来模拟两相流体中的湍流耗散。为验证数值模型的精度，将数值结果与已有实验数据进行对比。此外，利用数值模型模拟了气泡羽流对水库中温度分层水的去分层，该结果同时通过实验数据和另一模型的数值结果进行了验证。该三维模型能够反映整个计算域中的各种物理量，如热结构、气体浓度分布、速度分布和湍流强度。此外，利用经验证的模型，本研究分析并讨论了影响水库去分层的多种因素，包括曝气量和曝气位置。引入了一个无量纲数Nt来确定最快去分层的最优曝气量。还模拟并讨论了气泡羽流对去分层的影响程度。同时，详细描述了气泡羽流在大型水域中的去分层机制。给出了如何利用气泡羽流改善水库水质的建议。
引用
@article{arxiv.2411.03120,
title = {A numerical study on temperature destratification induced by bubble plumes in idealized reservoirs},
author = {Yiran Li and Dongming Liu},
journal= {arXiv preprint arXiv:2411.03120},
year = {2024}
}