射流技术的应用已经有很悠久的历史,但由于雷诺应力使得描述紊流流场运动的基本数学方程组不封闭,目前还无法通过雷诺方程精确求解紊流问题,更谈不上有一种或几种紊流理论能够普遍、准确和有效的应用于工程实际问题的解决。目前,虽然有许多设计和测试射流流体动力学的方法和工具,这些方法和工具都是根据经验或实验数据等建立起来的一些半经验半理论方法,在工程实际应用过程中发现,这些方法和工具所获得的设计和试验结果与理论计算的结果存在较大的误差,即使对非常简单边界条件的单一紊流射流工况也存在比较大的误差。这样就必须对三维紊动射流流体动力学进行广泛、深入的理论和实验研究。本课题就是针对循环水系统悬浮物清理所需主要装备——射流器建立三维紊动射流模型,对特殊结构形式的射流器进行流场结构及射流紊流动力学性能的研究,通过数学模型计算射流器的紊流流场分布,掌握射流器紊流流场的流体动力学机理,从而获得最接近射流器紊流流场实际状态的描述方法,并通过模型PIV测试和现场工业实验进行验证。本文主要研究内容如下：1.对循环水系统悬浮物清理技术的起源和发展进行了回顾总结,对提出的新型、高效清理技术所采用的特殊结构射流器的性能特点和影响因素进行了阐述。2.对传统经典的射流流场的流体动力学模型和目前先进的三维紊流射流流场的流体动力学模型和算法进行描述。3.通过对预期射流水平面的横向流场结构和垂直射流水平面的纵向流场结构进行分析,从而对射流器结构进行优化。4.通过对三维紊流射流流场的数学模型理论算法的分析,研究系统池壁的边界条件和系统主流程流场与射流流场的相互扰动影响,从而从系统的整体流场影响因素方面优化悬浮物清理系统的流体动力学模型。5.对三维紊流射流流场进行PIV流场模型测试及CFD模拟分析,研究射流涡的产生、发展、扩散以及湮灭的过程和机理,同时验证理论计算结果及CFD模拟分析结果是否符合实际流场的结构和性能。6.根据理论计算结果设计开发工业循环水系统的悬浮物清理技术的关键装置—射流器,并且依据三维紊流射流流场的PIV测试及CFD计算结果,通过现场工业试验验证新设计的射流器对工业循环水系统悬浮物清理的有效性、适用性。本课题创新点如下：1.虽然水下自由淹没射流问题有许多学者进行了研究并得到了相对完备的实验及理论公式,但是各种文献中的研究对象均为无混合管的水下自由淹没射流,而对于有混合管的射流器的研究很少。本课题通过对工程技术研究中常用的多相流模型进行研究,把无混合管的水下自由淹没射流模型改造为有混合管类型的淹没射流模型,并通过修正建立起有混合管类型的射流器Mixture数学模型。建立了射流器喷嘴—吸管吸口之间紊流流场的控制方程及非定常紊流模型算法,从而得到了较为完善、准确的多相流Mixture模型,使有混合管类型的射流器Mixture模型的理论研究结果与实际流场工况相吻合。2.利用基于Mixture模型建立起来的有混合管类型的射流器紊流流场的控制方程及非定常紊流模型算法,通过数值模拟得出射流器水平流场不论其喷射口一定角度的正射流还是逆射流方向侧的全流域水平流场覆盖,设计的污泥清理系统及射流器满足全流域覆盖的要求。3.利用基于Mixture模型建立起来的射流器喷嘴—吸管吸口之间紊流流场的控制方程及非定常紊流模型算法,通过CFD模拟污泥清理系统的全流域流场表明射流器满足流场对系统的影响范围在垂直平面内有高度限制的要求。4.通过PIV流场测试技术对大区域面积的流场进行研究,得到1：1尺寸试验模型的真实流场特性。分析真实流场可以看出,基于Mixture模型设计的有混合管类型的射流器不论水平流场还是垂直流动都与CFD模拟计算结果相一致,即射流器水平流场能够实现全流域水平流场区域覆盖,同时其垂直流场在系统的垂直平面内影响范围有高度限制。从而校核了射流器Mixture数学模型的理论研究结果的科学性、准确性,为进一步优化Mixture数学模型提供了一定的理论研究。5.通过PIV流场测试技术对大区域面积的流场进行研究,能够得到符合射流器流场真实状况的试验结果。为今后大尺寸甚至超大尺寸模型的PIV流场测试提供了有效的偿试,这样能够避免小型化模型试验带来的尺寸效应。