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环形热羽流的实验研究和整体模拟
Environmental Fluid Mechanics ( IF 1.7 ) Pub Date : 2023-09-08 , DOI: 10.1007/s10652-023-09943-z
Maria K. Stefanidou , Aristeidis A. Bloutsos , Panayotis C. Yannopoulos
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更新日期:2023-09-08
Environmental Fluid Mechanics ( IF 1.7 ) Pub Date : 2023-09-08 , DOI: 10.1007/s10652-023-09943-z
Maria K. Stefanidou , Aristeidis A. Bloutsos , Panayotis C. Yannopoulos
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对从内部封闭环形喷嘴发出的平均出口速度为 0.527 和 0.702 m/s 的热羽流进行了实验、理论和数值研究。详细描述了流动和混合的实验设置以及测量和分析方法。实验装置由一个空气加热箱组成,该空气加热箱具有平均直径为 0.12 米、宽度为 0.01 米的环形槽,并配有用于安装操作和平均速度和温度测量的设备。最大速度轨迹和等速线表明由于羽流自合并而在\(z_{\textrm{P0}}= 0.161\) m 和大约 0.20 m 处重新附着,与出口速度相对应。研究发现\(z_{\textrm{P0}}\)主要取决于初始弗劳德数和环当量直径。实验在出口后检测到一个涡环,随后在 羽流中心线上\(z_{\textrm{P1}}\cong 0.055\) m 处出现一个停滞点。环形羽流核心获得几乎均匀的温度,并且比同等圆形羽流的整体稀释度平均高 15 倍。为了预测自合并轨迹,开发了一种新颖的积分模型,称为自合并方法(SMA)。 SMA 基于动量和浮力常微分方程的解,该方程应用于环形羽流的无穷小部分,相当于两个相同的槽羽流。这些羽流由于外部夹带、内部夹带不足以及沿着环形羽流中心线的一系列下沉而重新附着,其强度通过原始关系计算。 SMA 预测与观察结果非常吻合。目前的发现有助于更好地理解这一现象,并为设计主要在浅水体中使用环形或玫瑰花型扩散器的低动量浮力操作处置系统提供新思路。

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