疏浚工程是沿海或内河港池和航道日常维护的主要手段,也能用于吹填造陆,但疏浚工程会对周围水体环境造成污染;环保疏浚不同于传统疏浚方式,在施工中考虑到了对周围环境的影响,为防止污染源扩散创造了有利条件。气泡帘防污系统作为既可满足悬浮物扩散的环保标准又能适合通航要求的防悬浮物扩散技术,在环保疏浚技术中有其独特的优势。目前,对气泡帘的研究,主要集中在气泡帘的机理研究和提高气泡帘的阻隔效率两个方面;基于此,本文采用实验室水槽试验、数值模拟和施工现场试验等方法,开展了气泡帘的形成过程和气泡帘防污特性的研究,具体的研究内容和成果如下:(1)搭建试验水槽,进行气泡形成特性试验,研究了气泡管的结构和操作工艺参数对气泡帘形成特性的影响;构建了小区域内无扰动下气泡形成特性的CFD模拟方法。将CFD模型结果与实验数据作对比,确定影响气泡形成的关键因素,并验证CFD模型的准确性。结果表明,仿真与实验中的气泡形成特性基本一致,孔口直径是影响气泡直径的最主要因素,而通气速度/通气压力为次要因素;实验中的气泡数目与通气压力、管道结构、水深相关;小区域数值模拟中,气泡的形成和气泡上升时的间距主要受到孔口直径和通气速度的共同影响。(2)使用CFD模型对水流作用下气泡帘的形成特性和防污特性进行仿真研究,分析操作参数、结构参数、环境参数对气泡帘流场和防污特性的影响规律。结果表明,气泡帘在水平方向上的偏移主要与通气速度和水流速度相关,且水流速度的作用大于通气速度;在气泡帘周围形成的环流作用与操作参数、结构参数、环境参数、管道布置方式都有关;操作参数、结构参数、环境参数、颗粒粒径和管道布置方式等都对气泡帘阻隔悬浮物扩散的效率有一定程度的影响;水流速度是决定气泡帘失效的主要因素,而通气速度是决定气泡帘失效的次要因素;孔口直径和气泡帘配置情况不会改变气泡帘的失效状况,只会在气泡帘未发生失效时改变其防污效率。(3)建立开放水域中气泡帘运动的CFD模型,分析水深、气泡帘间距、气泡帘至污染源距离等管道布置参数对气泡帘流场特性和防污特性的影响规律。影响气泡帘周围流场分布和颗粒运动及分布的主要因素为水深,次要因素为气泡帘间距,与气泡帘至污染源距离无关;水深、气泡帘间距和气泡帘至污染源的距离对气泡帘的阻隔效率都具有较大的影响,对于特定的工况,存在一个临界的气泡帘布置位置,使得气泡帘的阻隔效率达到最佳。(4)进行气泡防污帘系统工程现场实验,验证气泡帘防污系统在实际疏浚工程中的可行性。在工程现场实验中,水体的浊度在气泡帘前后呈总体下降趋势,证明了气泡帘系统在疏浚工程中具有实用性。