采用数值模拟方法研究浅水横流中底部水平圆孔热水射流的稀释特性。首先运用量纲分析方法得出了该类流动的影响因素的表达式。并建立了描述热水射流的三维κ-ε紊流数学模型。应用基于混合有限分析法的SIMPLE算法进行求解，结合有效的试验资料，检验了数学模型和计算方法的合理有效性，为进一步研究该类流动的数值特性奠定了基础。
### 浅水横流中底部水平热水射流近区的初始稀释——(Ⅰ)数学模型及其验证
#### 概述
本文旨在探讨在特定条件下（即浅水环境中底部水平圆孔热水射流）射流的初始稀释特性。通过对这种流动现象的研究，可以更好地理解热能传输过程中的物理机制，并为相关的工程设计提供理论支持。
#### 研究背景与意义
在许多实际应用中，如热电站冷却系统的设计、环境保护领域内的废水排放控制等，了解和预测热水射流在水体中的扩散行为至关重要。特别是在浅水环境中，水流对射流的影响更为显著，这直接影响到污染物的分布和环境质量。因此，对该类流动的深入研究具有重要的学术价值和实用意义。
#### 方法与模型建立
为了准确地描述热水射流的行为特征，本研究采用了以下几种方法和技术：
1. **量纲分析**：通过量纲分析方法，推导出影响射流特性的关键因素表达式。这种方法能够帮助识别决定射流行为的主要物理量，从而简化问题并提高模型的有效性。
2. **三维κ-ε紊流模型**：建立了描述热水射流的三维κ-ε紊流数学模型。κ-ε模型是一种常用的湍流模型，它通过两个偏微分方程来描述湍流的能量和耗散率，适用于大多数工程应用中的湍流模拟。
3. **SIMPLE算法**：利用基于混合有限分析法的SIMPLE算法进行求解。SIMPLE（Semi-Implicit Method for Pressure-Linked Equations）算法是一种有效且广泛使用的压力-速度耦合算法，特别适合处理复杂的流体流动问题。
4. **混合有限分析法(HFAM)**：结合混合有限分析法（Hybrid Finite Analytic Method），这是一种将有限差分法和有限元法的优点相结合的方法，可以更精确地求解复杂边界条件下的流体动力学问题。
#### 数值模拟与实验验证
为验证所建数学模型和计算方法的有效性，本研究结合了有效的实验数据进行了对比分析。这些实验数据来自于实际的测试结果，包括射流的形状、速度分布以及温度变化等关键参数。通过比较数值模拟结果与实验数据之间的吻合程度，评估了模型的准确性和可靠性。
#### 结论与展望
本研究成功地建立了一个能够描述浅水横流中底部水平圆孔热水射流稀释特性的三维κ-ε紊流数学模型。通过数值模拟和实验验证，证明了该模型的有效性和准确性。这一成果不仅加深了对这类特殊流动现象的理解，也为相关领域的研究提供了有力的工具和方法论基础。未来的研究方向可能包括考虑更多复杂的边界条件、不同物理性质的流体以及更广泛的工况条件等。
通过以上分析可以看出，本文作者通过对浅水横流中底部水平热水射流的稀释特性进行研究，不仅提供了一种有效的数学模型和计算方法，而且还验证了其合理性与有效性，为后续的深入研究打下了坚实的基础。这对于改善相关工程设计、优化环境管理策略等方面都具有重要意义。
