恒定-振荡组合来流下圆柱尾流非保守污染物输移扩散的数值模拟

为探究组合流环境中圆柱诱导下非保守污染物的输移扩散规律,本文针对恒定流和振荡流构成的组合流环境,建立了污染物输移扩散模型,并对非保守污染物中具有代表性的零级、一级反应污染物进行研究,重点分析了反应常数k对污染物输移扩散的影响。研究结果表明:对于零级反应污染物,其反应速率与浓度无关,浓度演化由k主导控制,k的增大会导致尾流区污染物浓度的整体抬升。同时,在运输时间累积效应作用下,尾流区污染物呈现“时间累积-流向放大”的累积增强型浓度变化模式。相比之下,对于反应速率与浓度正相关的一级反应污染物,其浓度演化受尾流结构与k的协同控制。在“流场卷吸-浓度富集-反应加速”的协同耦合机制基础上,k的增大会引发污染物浓度增长的空间异质性分化:涡心高浓度区的响应较为剧烈,而漩涡边缘及污染物逸散区等低浓度区响应微弱,浓度增长不明显。k的增大还会增强非保守污染物的横向扩散,但由于低浓度区污染物无法有效参与反应并进行横向迁移扩散,一级反应污染物的扩散增强效应会显著弱于零级反应污染物。本文的研究结果可为组合流环境中工程结构附近的污染物扩散预测与环境风险评估提供理论依据。