前言

沿海经济高速发展带来的海洋环境污染问题日益突出。海洋污染的来源主要包括工业废水与电厂温排水，二者多以浮射流的运动形式排入环境海域。潮流作为河口及海洋中水流最为普遍的运动形式，是污染物输运的主要载体。系统掌握潮流中浮射流的初始稀释特性，对于有效控制废水、废热排放，减小污染物对海洋环境的影响具有重要意义。

潮流中浮射流的运动受初始动量、浮力与潮流共同影响，问题比较复杂。受模拟技术与测量技术发展水平的限制，一直缺乏系统深入的研究。本书在国家自然科学基金（No.51309257）资助下，研发了大范围、高帧频PIV-PLIF同步测量系统，采用实验与数学模型相结合的方式，深入研究了潮流环境下浮射流的演变过程、掺混稀释规律和紊动扩散特性，提出了具有工程指导意义的射流轴线无量纲计算公式。研究成果不仅为潮汐水域污水处置工程的设计与生态环境影响评估提供了科学支撑，而且对于推动海洋环境中污染物的输运规律研究、促进环境水力学中射流理论的发展具有重要意义。

本书共分为5章。第1章：绪论。总结和回顾潮流紊动特性、垂直射流实验与数值模拟以及流场、浓度场测量技术的相关研究成果，凝练了潮流环境下垂直浮射流研究拟解决的关键问题，介绍了本书的主要研究工作。第2章：大范围、高帧频PIV-PLIF同步测量系统的研发。介绍了PIV流场测量与PLIF浓度场测量的基本原理，分析了系统研发过程拟解决的关键问题与技术路线，介绍了该系统的硬件、软件构成，总结了系统的主要特点与技术参数。第3章：潮流紊动特性实验研究。阐述了实验潮型的设计原则与思路，介绍了潮流模拟控制系统与测量仪器，提出潮流时均流速随潮变化过程的计算方法，详细分析了完整潮周过程中时均流速与脉动流速、紊动强度、雷诺应力、纵向流速概率分布的变化规律，给出了潮流的紊动能谱。第4章：潮流环境下垂直浮射流实验研究。介绍了潮流环境下垂直浮射流的模型设计原则，研究了浮射流纵轴面浓度场与流场的随潮演变过程。结合量纲分析，从射流边界、射流轴线、轴线稀释度以及射流轴线的垂线浓度分布深入研究了潮流条件下垂直浮射流的掺混稀释规律，探讨了射流的紊动扩散特性。第5章：潮流环境下垂直浮射流三维数值模拟。介绍了Realizablek-ε三维紊流模型的控制方程、计算区域、计算网格、初边条件、数值算法与模型参数；在与射流纵轴面实验成果相互印证的基础上，深入分析了整个射流空间的流场结构、浓度场结构、射流轨迹、分叉现象以及轴线稀释度变化规律。

本书源于作者在中国水利水电科学研究院完成的博士论文，研究工作得到导师吴一红教授、贺益英教授、纪平教授的悉心指导。北京尚水公司在仪器研制过程中给予了有力的技术支持。此外，还感谢陈惠泉教授、黄真理教授、张东生教授、方红卫教授以及曾利博士、谭水位高级工程师等给予的帮助与支持！

限于作者水平，本书难免存在不妥和错误之处，诚请读者批评指正。

作者

2015年7月于北京