污水及电厂温排水排放对水生态环境的影响一直是环境保护领域的重要问题。如何采取有效措施满足混合区的环保要求,实现污水、热水排放的尽快达标是该问题研究的重点。扩散器常用于污水或温排水排放,其结构型式决定了射流的初始稀释度,进而决定了混合区的范围及边缘温升或浓度。随着水环境保护力度加大,对污水、热水排放提出更加严格的要求。因此,开展新型预掺混扩散器的深入研究不仅具有重要的实用价值,而且拥有广阔的应用前景。本文提出了基于环形射流原理的新型预掺混扩散器,不仅实现了排放前的预稀释,而且形成区别于传统中心直射流结构的环形射流,对于降低排口浓度(温度)、提高初始稀释度具有显著效果。采用水槽实验与三维数学模型相结合的方法,系统开展了扩散器的水力特性及稀释扩散规律研究。在对比分析径向进流和切向进流两种预掺混扩散器初始稀释效果的基础上,针对效果占优的切向进流扩散器,深入研究了环形旋转射流的流动结构、掺混稀释规律及阻力特性。研究成果将环形射流及旋转射流理论引入扩散器研究,不仅为污水及电厂温排水排放提供了一种高效能的扩散器选择型式,而且可为污水处置工程设计与环境影响评价提供科学依据。本文所取得的主要成果如下:(1)研发了基于环形射流原理的新型预掺混扩散器,提出从“增加预掺混”以及“改变射流流动结构”两方面增强扩散器初始稀释能力的设计思路。径向进流时,扩散器产生环形直射流;切向进流时,扩散器产生环形旋转射流,有助于进一步改善掺混稀释效果。(2)开展了径向进流与切向进流两种预掺混扩散器的初始稀释效果比较研究。给出了两种扩散器的流量放大倍比、流线、温度及湍动能分布,对比分析了两种扩散器的抽吸能力及掺混稀释特性,结果表明切向进流方式稀释效果更优。(3)系统研究了同流环境中切向进流预掺混扩散器的稀释特性及阻力特性。展示了环形旋转射流的形态,分析了环境流条件下扩散器的流量放大倍比,给出了排口及其下游不同断面温度与流速分布以及扩散器局部阻力系数,提出了射流横断面最大温升、轴向速度、切向速度沿程衰减计算公式,探讨了环形旋转射流的掺混稀释机理。(4)采用雷诺应力模型,进一步深入研究了切向进流预掺混扩散器的水力稀释扩散过程,揭示了同流与逆流条件下环形旋转射流的典型流动结构与温度分布特征,分析了逆流条件对流量放大倍比、流速分布、温升分布以及稀释特性的影响规律。