[科普中國]-淹沒浮力射流

出射流體與受納流體同為氣體或同為液體但它們密度相異，從而使出射流體承受浮力作用的射流。淹設(shè)浮力射流又稱強(qiáng)迫羽流(forced plume)。例如經(jīng)水下孔口排出進(jìn)入江河湖海的污水射流、核電廠或火電廠冷卻廢水的熱水射流。

簡介出射流體與受納流體同為氣體或同為液體但它們密度相異，從而使出射流體承受浮力作用的射流。淹設(shè)浮力射流又稱強(qiáng)迫羽流(forced plume)。例如經(jīng)水下孔口排出進(jìn)入江河湖海的污水射流、核電廠或火電廠冷卻廢水的熱水射流1。

類型淹沒浮力射流的驅(qū)動機(jī)制是射流的初始動量和浮力。若浮力作用方向與射流出射方向相反，則稱負(fù)浮力射流，例如從水底垂直向上排放的重污水射流。垂直向上排入穩(wěn)定分層環(huán)境(環(huán)境流體密度隨高程增加而變小)中的淹沒浮力射流，其承受的浮力由正變零再變負(fù)，流動減速，達(dá)到一個最大上升高度后，兩側(cè)流動轉(zhuǎn)而向下并向外擴(kuò)展。排入平靜均勻環(huán)境中的所有的浮射流，在遠(yuǎn)離排放源處最終均變?yōu)橛鹆?。由于環(huán)境工程中的排放流一般既具有初始動量又具有初始浮力，因此在兩者聯(lián)合作用下形成的紊動浮射流在實踐中最為常見1。

研究方法由于排放流和排放環(huán)境的千變?nèi)f化，浮射流問題遠(yuǎn)較純粹的射流和羽流來得復(fù)雜。與射流、羽流的研究方法相仿，浮射流研究的基本方法也是實驗方法、量綱分析、積分分析及一些基于微分方程運用紊流模型進(jìn)行解算等。

一般浮射流在接近排放口的近區(qū)呈現(xiàn)射流型，而在遠(yuǎn)離排放口的遠(yuǎn)區(qū)則顯示羽流型。由于浮射流同時受到動量和浮力驅(qū)動，分析中為方便計，一般選取某些特征尺度作為基本參量。

鑒于紊動浮射流問題的實踐重要性，在其理論和應(yīng)用方面吸收了日益增多的研究。較為成熟的系統(tǒng)研究結(jié)果多在條件相對簡單的情況下流動的時均量方面。在紊動和分層環(huán)境中，不同條件下的流動形態(tài)，素動結(jié)構(gòu)和混合擴(kuò)散機(jī)制，需用現(xiàn)代實驗儀器作精確的量測，積累實驗觀測資料，在對流動機(jī)制有進(jìn)一步理解基礎(chǔ)上利用現(xiàn)代的數(shù)值模擬技術(shù)，逐步實現(xiàn)對復(fù)雜流的預(yù)測和控制、并設(shè)計和利用更有效的排放設(shè)施2。

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

周敏 - 副教授 - 西南大學(xué)