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1、装订线 毕业设计（论文）说明书摘要在本课题的研究中，应用水动力学及污染物传输耦合的数值计算的数值模型，通过建立基于二维和三维不可压缩流体Navier-Stokes方程和湍流k-模型的重力流及污染物数值计算的数学模型1来模拟河道的弯曲度对不可分解污染物在弯曲河道中的分布的影响，这对处理河道中的突发性污染事件的科学决策有一定的参考作用。由二维和三维的模拟结果可知，河道弯曲度对污染物在河道内的分布主要取决于流速和重力作用的影响。流速的改变主要出现在河道的弯曲处，这时会在弯道处出现回流区和死水区，它会阻碍密度较大的污染物的流动，使得这一侧污染物浓度较大。而在污染物随着水流往下游流动的过程中，重力作用也
2、会显现出来。由于污染物的密度比水要大，这使得污染物在流动的过程中往河底沉降下来，继而在河道底部形成以河道中心线为对称轴的坍塌回聚式震荡的扩散过程。关键字: 河流 污染物 环境污染 数值模拟 Fluent GambitAbstractIn this issue of the study, the application of hydrodynamics and contaminant transport numerical coupled numerical model, Through the establishment of two-dimensional and three-dimensi
3、onal incompressible Navier-Stokes equations and fluid turbulence k- model of gravity flow and pollutant numerical calculation of the mathematical model 1 to simulate the distribution effection of curvature of river to indecomposable pollution in the river bend , which have some reference to deal wit
4、h the sudden river pollution incidents in the scientific decision-making. By the results of two-dimensional and three-dimensional simulation,we know the river curvature to the distribution of pollutants in the river channels depends on the velocity and gravity. Velocity change was seen in the river
5、bend, then the back river area and dead zone area will appear in the corners, it will impede the flow of pollutants in high density, making this side with large concentration of pollutants. As the pollutants flow downstream with the water,the influent of gravity will appear. As the contaminants dens
6、ity is larger than water, which makes the pollutants in the flow settle down to the river bottom, and then in the river bottom to form a channel for the symmetry axis of the collapse of the center line of poly-type shock return to the diffusion process. Keywords：Rivers ，Pollutants， Environment Pollu
7、tion，Numerical model，Fluent ，Gambit 目录目录21引言41.1课题研究背景41.2国内外水污染状况41.3国内外水质模型研究现状61.4弯曲河道污染物分布数值模拟的任务和内容71.5弯曲河道污染物数分布值模拟的意义82数值计算模型82.1水质模型的介绍82.2.数学模型发展历史82.3三维模拟污染物扩散控制方程92.4模拟边界条件122.5数值计算方法132.6模拟预期结果143 河道各段数据计算143.1河道各段数据和计算公式143.2河道弯曲度为10度的河道数据计算153.3河道弯曲度为35度的河道数据计算153.4河道弯曲度为70度的河道数据计算154
8、基于Gambit和Fluent技术下二维河道的模拟164.1Gambit软件和Fluent软件的介绍及其特点164.2不同弯曲度河流的二维温度模拟184.2.1河道弯曲度为10度184.2.2 河道弯曲度为35度204.2.3河道弯曲度为70度214.2.4二维温度模拟结果分析224.3不同弯曲度河流的二维速度和密度模拟224.3.1河道弯曲度为10度224.3.2河道弯曲度为35度244.3.3河道弯曲度为70度264.3.4 二维密度模拟结果分析285 基于Gambit和Fluent技术下三维维河道的模拟295.1 10度弯曲河流的三维污染物模拟295.2 35度弯曲河流的三维污染物模拟3
9、35.3 70度弯曲河流的三维污染物模拟396 污染物模拟结果分析比较446.1污染物模拟结果总结446.2不同河道弯曲度模拟结果分析比较447 结论45参考文献46致谢46附录461引言1.1课题研究背景20世纪是世界科学技术和经济水平高速发展的黄金时期，伴随着经济水平的迅速提高和世界人口的急剧膨胀，人类对环境资源的需求量也在不断增加，同时对环境的破坏也越来越严重。人类赖以生存的水资源随着水污染的日益加剧也越来越紧张。水资源的匮乏也将制约着全球经济的发展。进入21世纪之后，环境问题也越来越突出，人类的生存环境受到了更多的考验和更大的挑战，这使得环境保护这一重大课题将在未来成为世界各国发展工作
10、中的重中之重。水作为人类的生命源泉，在社会文明的进步和工业的高速发展的过程中，水污染问题日趋严重，逐渐成为世界性的头号环境治理难题。1.2国内外水污染状况早在18世纪，英国由于只注重工业发展，而忽视了水资源保护，大量的工业废水废渣倾入江河，造成泰晤士河污染，基本丧失了利用价值，从而制约了经济的发展，同时也影响到人们的健康、生存。之后经过百余年治理，投资5亿多英镑，直到20世纪70年代，泰晤士河水质才得到改善。19世纪初，德国莱茵河也发生严重污染，德国政府为此运用严格的法律和投入大量资金致力于水资源保护，经过数十年不懈努力，在莱茵河流经的国家及欧盟共同合作治理下，才使莱茵河碧水畅流，达到饮用水标
11、准。近些年，水质恶化也困扰着美国人。一直以来，纽约市民以自来水质纯美而自豪，其他州的面包商甚至特地使用纽约市自来水以生产货真价实的纽约圈饼。7年前寄生虫侵入密尔沃基供水系统，造成100人死亡，40万人致病后，水质问题备受关注，如今纽约市民每天生活在饮水不净的威胁下。1998年，美国总统克林顿宣布了一项投资23亿美元的清洁水行动计划，治理美国已受污染40%的水域。在发达国家着手治理和改善水环境的同时，世界上其他发展中国家和经济欠发达国家的水污染却在日益加剧。在非洲，经济的发展和水资源的极度匮乏已经产生了巨大的矛盾，随着工业生产带来的水污染问题的日益加剧，这一矛盾将不断激化。在拉丁美洲，亚马逊河沿
12、岸日益增多的工厂和居民区也使这条美洲国家的母亲河的水质急剧恶化，亚马逊河水质的下降也极大的影响着该流域周围的生态环境。除了这些国家自身对水环境的破坏之外，来自发达国家的高污染行业的进入，进一步增加了对水环境的污染和破外程度。虽然世界上大多数国家已经认识到污染江河湖泊等天然水资源的恶果，并已经开始着手进行治理，但毕竟已经遭受了巨大的损失，虽然已经醒悟，但为时较晚。而日趋加剧的水污染，已对人类的生存安全构成重大威胁，成为人类健康、经济和社会可持续发展的重大障碍。据世界权威机构调查，在发展中国家，各类疾病有8%是因为饮用了不卫生的水而传播的，每年因饮用不卫生水至少造成全球2000万人死亡，因此，水污
13、染被称作世界头号杀手。在我国有82%的人饮用浅井和江河水，其中水质污染严惩细菌超过卫生标准的占75%，受到有机物污染的饮用水人口约1.6亿。长期以来，人们一直认为自来水是安全卫生的。但是，因为水污染，如今的自来水已不能算是卫生的了。一项调查显示，在全世界自来水中，测出的化学污染物有2221种之多，其中有些确认为致癌物或促癌物。从自来水的饮用标准看，我国尚处于较低水平，自来水目前仅能采用沉淀、过滤、加氯消毒等方法，将江河水或地下水简单加工成可饮用水。自来水加氯可有效杀除病菌，同时也会产生较多的卤代烃化合物，这些含氯有机物的含量成倍增加，是引起人类患各种胃肠癌的最大根源。目前，城市污染的成分十分复
14、杂，受污染的水域中除重金属外，还含有甚多农药、化肥、洗涤剂等有害残留物，即使是把自来水煮沸了，上述残留物仍驱之不去，而煮沸水中增加了有害物的浓度，降低了有益于人体健康的溶解氧的含量，而且也使亚硝酸盐与三氯甲烷等致癌物增加，因此，饮用开水的安全系数也是不高的。据最新资料透露，目前我国主要大城市只有23%的居民饮用水符合卫生标准，小城镇和农村饮用水合格率更低。水污染防治当务之急，应确保饮用水合格。为此应加大水污染监控力度，设立供水水源地保护区。 母亲河黄河1972年第一次断流，1997年断流226天，近700公里河床干涸。海河300条支流，无河不干，无河不臭。华北地下水严重超采，形成面积7万多平方
15、公里的世界上最大的地下水漏斗区，地面下沉，海水入侵。全国668个城市中，有400多个供水不足，100多个严重缺水。上世纪九十年代末以来，土地沙化速度上升到每年3400多平方公里。 更可怕的是，我国水资源总量还在下降。1997年总量为27855亿立方米，而2004年就降到24130亿立方米。从上世纪50年代以来，长江上游20多条河流平均萎缩了37.1。世界自然基金会3月19日发表报告，将长度与水量均为世界第三的长江列入世界面临干涸的10条大河之一2。我国拥有这么多的，但随着人口的增长、经济的飞速发展以及对资源日益愈盛的需求，对江河及其附近水域造成的污染也日益严重。例如长江上游三峡库区上游就有大中型工矿企业三千多家，年均船舶流量有十万余艘3。而每年长江
