粘性细颗粒泥沙静水絮凝沉降生长的计算机模拟

利用分形生长模型对粘性细颗粒泥沙的絮凝沉降过程进行了计算机模拟,在扩散受限的絮团聚集模型(DLCA模型)的基础上,初步研究了粘性细颗粒泥沙的絮凝沉降分形生长过程,并对最终的絮凝体进行了图像处理,得到了分形维数和颗粒浓度的关系。     

黏性细颗粒泥沙絮凝发育时空过程的数值模拟

以Smoluchowski方程为基础,用数值模拟方法研究黏性细颗粒泥沙絮凝-沉降的时空过程。模拟设定泥沙最小基本颗粒粒径5μm,絮团分形维数1.78,模拟高度1.75 m,模拟总时长300 min,初始条件为各级泥沙颗粒-絮团浓度各向均匀分布,入口、出口无泥沙通量。模拟给出泥沙质量浓度、絮团平均粒径、絮团粒径分布等参数的时空变化过程。模拟发现:各个高度上泥沙质量浓度随时间变化的曲线均呈平缓衰减、快速下降与趋零三个阶段,其形状相似;位置越低,曲线的显现时间越滞后。絮团质量加权平均粒径随时间变化过程存在升涨-高峰-衰落三个阶段。碰撞效率系数越大,峰值越高;位置越低,峰现时间越滞后。本文还以泥沙质量浓度随时间变化为例,比较了数值模拟与絮凝试验的测量结果,二者基本一致。     

水流剪切对细颗粒泥沙絮凝作用实验研究的综述

综述了实验揭示的水流剪切条件与絮团特征参数(尺寸、分形维数)之间的关系,总结了同向絮凝的机理研究,并就絮凝实验研究过程中的一些问题提出了建议.     

模型尾门水位控制方法研究

本文以重庆港河工模型试验中尾门水位控制问题为例,从现代控制理论角度探讨了河工模型微机控制系统中有关建立数学模型、动态参数估计和最小方差调节器的实现方法.经实际应用检验,这些方法理论基础坚实,跟踪控制可靠,精度较高,且实施步骤简单.     

粘性细颗粒泥沙絮团发育与絮网发育临界判据的初步研究

单颗粒沉降、絮团发育沉降、絮网压缩沉降是粘性细颗粒泥沙悬浮体系絮凝发育的三种不同相态,其中关于从絮团发育沉降转变到絮网压缩沉降这一临界状态的研究比较少见.本文从特征絮团的角度出发,考虑形成絮网的临界状态分别得出了静水、动水不同条件下区分絮团发育与絮网发育的临界判据,其分析结果与试验观察定性的一致.     

黏性泥沙絮凝体结构观测与分形维数估算

用液氮冷冻升华方法制备黏性泥沙絮凝体标本。实验分析指出：采用体视镜观察絮凝体的图像具有较好的立体感；激光共聚焦显微镜可以获得絮凝体水平分层断面图像；引用分形集的横切面理论，可以得到黏性泥沙在三维空间的分彤维数。     

粘性泥沙悬浮液中颗粒表面滑动层厚度的计算

根据胶体稳定性理论，分析粘性泥沙颗粒粘结的物理机制后指出：应该用扩散双电层中ζ电位相应的滑动面到颗粒表面间的水体（滑动层）表示束缚水层。提出用ζ电位测量和理论计算相结合确定滑动层厚度的方法。针对粘性泥沙表面电势在一般情况下为负值，滑动面与颗粒表面距离很小，ζ电位绝对值相对较大的特点，推导改进了扩散双电层电势分布公式，配合滑动层厚度的计算。以黄河花园口河滩泥沙为样品，在电解质（NaNO3）不同浓度条件下测量粘性泥沙颗粒的ζ电位，计算相应的滑动层厚度，检验本文建议的合理性和改进公式的实用性。     

黏性细颗粒泥沙絮凝及沉降的三维模拟

鉴于试验观察黏性细颗粒泥沙悬浮体系絮凝-沉降过程存在技术困难，尝试以分形生长理论为基础，使用改进的受限反应絮团聚集(RLCCA)模型，在计算机上模拟这一复杂过程。模型考虑了絮团的分形结构与可渗透特性、泥沙浓度对悬浮液黏性的影响等因素，复演颗粒、絮团在重力沉降和布朗作用下的三维运动及相互碰撞并黏结的现象。在对模拟数据的统计分析基础上，讨论了絮凝-沉降过程的各种特性，结果表明：碰撞效率系数不同时，絮凝发育过程存在相似性。     

粘性细颗粒泥沙絮凝研究概述

以絮凝动力学理论(Smoluchowski方程)、胶体稳定性理论(DLVO理论)和分形几何(Fractal Geometry)在絮凝研究中的应用为线索，回顾了粘性细颗粒泥沙絮凝结构，絮团沉速，以及影响絮凝因素(泥沙粒径、浓度、电解质阳离子、温度和水流紊动等)等方面的研究成果；综述了絮团的尺寸、密度、沉速、破坏强度及碰撞频率函数的分形几何描述方式；介绍了快速絮凝和慢速絮凝的分形生长模型，以及絮凝发育过程数值模拟的研究进展．针对河流泥沙在矿物组成、颗粒尺度、表面电荷分布和水中盐分多样性的特点，以及粘性细颗粒泥沙絮凝研究的特殊性，提出进一步深化粘性细颗粒泥沙絮凝研究的建议．