非理想体系多离子非稳态扩散模型及数值模拟

在众多工程领域中均存在扩散现象。大多数扩散模型均是采用经典的Fick定律,仅考虑理想溶液中离子浓度梯度对扩散的驱动,未考虑多离子溶液环境对扩散的影响。溶液中离子间的静电作用导致溶液偏离理想状态,使得各离子浓度不能完全有效发挥,实际的扩散现象得不到合理的解释。基于广义线性扩散通量方程,引入Guntelberg修正的活度系数表征理想溶液与实际溶液中离子浓度的偏差,结合质量平衡方程,建立了适用于非理想体系的多离子非稳态扩散模型。采用已有试验数据与模型结果进行了对比分析,验证了所建模型的正确性和有效性。选用有限元软件Comsol Multiphysics对所建模型进行数值求解,结果表明:溶液非理想性特征对离子扩散具有显著的阻滞作用。当离子价位一定时,初始浓度越高对离子扩散阻滞效果越明显;在源浓度一定的情况下,离子价位越高对扩散阻滞效果越强。     

带电性黏土介质多离子体系扩散模型

污染物在黏土防渗层中扩散时，不仅需考虑污染物离子自身活性，还须考虑黏土介质自身带负电特性这一离子存在环境对扩散进程的影响。通过对电场作用下的活度系数进行修正并引入电化学势描述方程，建立了适用于带电性黏土介质的基于动量平衡的多离子体系扩散模型。由于所建模型的复杂性，选用多物理场仿真软件ＣＯＭＳＯＬＭｕｌｔｉｐｈｙｓｉｃｓ开展数值模拟，揭示了多离子体系在黏土垫层中的运动规律。数值结果表明:随着污染物离子初始浓度的增大，考虑土体带电特性及离子活性对扩散进程的阻滞效果越来越明显。     

基于动量平衡的多离子体系扩散模型

多组分溶质共存是实际固废堆场渗滤液的典型特征。与单种离子的扩散过程相比,不同离子间的相互作用以及离子与土体骨架间的相互作用会影响离子在黏土防渗垫层中的扩散进程及规律。在两尺度框架内(微观尺度和宏观尺度),基于有效浓度描述的离子微观质量平衡方程和动量平衡方程,采用体积平均技术,推导了离子的宏观质量和动量平衡方程,构建了一个适用于多孔介质材料的可考虑孔隙液相组分活性的多组分溶质非线性扩散理论框架。从理论层次实现了对离子在黏土垫层中的扩散机制以及相关驱动力的全面描述,所建理论框架具备理性化和系统化。通过给定相关驱动力具体的本构方程,建立了多离子体系在黏土垫层中的扩散模型。     

考虑表面扩散的页岩气渗透率两区复合解析模型

页岩气是一种以吸附态和游离态为主,赋存于纳米级多孔介质中的一种非常规气藏,其渗流特征较常规气藏存在较大的差异。前人研究表明,页岩气运移过程存在多种渗流机理,主要包括:达西渗流、滑脱效应和扩散。虽然前人对自由气扩散的渗流机理模型进行了大量的研究,但是大多没有考虑吸附气表面扩散对渗流的影响。针对以往研究的不足,该文采用两区复合概念模型,建立了考虑吸附气表面扩散、达西渗流和滑脱效应的气体渗流模型,将吸附气和自由气运动关系利用修正的滑脱速度边界条件进行耦合,采用等值渗流阻力法对气体在纳米孔隙介质中渗流的关键参数―渗透率―进行了深入研究,获得了适用于任意克努森数范围的页岩气渗透率解析模型。通过对不同尺度、不同压力下的储层在考虑表面扩散等多重机制下的渗透率进行了计算并发现:吸附气表面扩散是页岩气渗流的重要机理,其对渗透率的贡献会对页岩气藏储层评价和开发方案制定以及增产改造施工设计产生重要影响。     

考虑组分活度的多组分污染物扩散模型

在处置固体废弃物时多采用具有隔离和屏障作用的压实黏土衬垫体系,其渗透性极低,渗滤液溶质在其中的主要运移方式为扩散。针对各类堆场渗滤液中多组分污染物并存的实际工程现象,研究了多组分污染物在防渗黏土垫层中的扩散规律。基于混合物组分线性动量平衡,引入可考虑组分有效浓度的活度系数,建立了多组分污染物在黏土垫层中的一维扩散模型。使用有限元软件COMSOL Multiphysics对所建扩散模型进行求解,揭示了多组分污染物在黏土垫层中的扩散规律。结果表明:与单组分污染物扩散相比,多组分污染物共存时组分活度的引入对独立组分的扩散起到了阻滞作用。研究结果能够为各类堆场设计合理经济的防渗隔污屏障提供理论依据。     

多因素降雨产流量预报模型的探讨

在建立地质条件复杂流域的产汇流模型时,将不同的地质条件作为模型的产流参数纳入模型当中,建立流域降雨产流模型的线性方程组,求解线性方程组即可求出模型产流参数.     

基于氯离子扩散效应的海洋环境下水工混凝土耐久性研究

文章利用SFEM模型模拟分析了海洋环境下氯离子扩散效应对水工混凝土耐久性的影响,可为沿海地区水利工程的长效运行提供数据支持。试验表明：SFEM模型的运算效率和精度较高,水灰比越高则氯离子扩散效应越显著;混凝土裂缝深度及宽度与氯离子扩散速度呈正指数相关性,混凝土表层裂缝的存在及其运行时间的延长加速了氯离子扩散效应。     

基于对流-扩散理论的防渗帷幕溶质溶蚀运移分析

坝基防渗帷幕在高水头长期运行情况下,容易产生渗漏通道,破坏帷幕的连续性和完整性.基于对流扩散理论,模拟研究各工况下帷幕体的钙离子溶蚀运移规律,为评价帷幕体的防渗性能和耐久性提供定量指标.研究表明:溶质在坝体内部,第1年扩散至下游坝体的1/4,第2年充填坝体80％,30年后趋于稳定;在坝基地层扩散范围于全风化花岗岩地层最...     

离子选择电极法测定氟化物的影响因素分析

离子选择电极法测定氟化物具有方法简便、测定速度快、测量范围广的优点。根据实际工作经验和实验数据对应用氟离子选择电极法测定氟化物的影响因素进行分析,为更加准确地做好水中氟化物的分析工作提供参考。     

温排水变态模型的水平扩散相似问题

温排水变态模型扩散系数与模型变率之间存在着密切联系,了解、明确温排水变态模型的扩散相似影响,对温排水试验模型设计、几何变态率选择以及提高模型模拟精度具有重要意义。本文总结分析了前人关于污染物水平扩散系数计算方法以及扩散相似问题等相关研究成果,据此提出了宽浅型水域污染物水平扩散系数通用计算模式。在此基础上,基于可控温、湿度条件下温排水输移扩散水槽试验与数学模型反演计算分析相结合的方法,开展了散热相似条件下不同变态率模型温排水输移扩散影响对比研究,对不同变率条件下流场、温度场主要特征参数及水平扩散项参数取值进行了深入的分析,提出了宽浅型水域变态模型水平扩散系数与模型变率间的计算关系式。经原型实测资料验证,该关系式在宽浅水域具有良好的适宜性,可用于温排水及其它污染物输移扩散变态模型与原型间水平扩散系数的转换计算。研究结果为今后宽浅型水域中温排水或其他污染物输移扩散数模计算、物理模型试验参数选择奠定了良好的基础。     

恒定条件下物质输移扩散方程的几种解析解

本文从恒定条件下物质输移扩散方程出发，在固体边界上扩散通量F＝－DаC／аn＝0的条件下，进行严密的数学推证，给出恒定条件下物质输移扩散方程的三种解析解，分析了解的合理性，讨论了解的正确性，其结果是令人满意的。对求解许多环境扩散问题具有实际应用价值，也具有重要理论意义。     

砂砾石土渗透注浆浆液扩散规律及扩散半径影响因素试验研究

注浆技术在砂砾石土等水利工程的建设中发挥着越来越重要的作用,但是注浆技术存在理论研究滞后于工程实践需要的现象,需要对浆液扩散规律及浆液扩散半径等进行研究。通过设计试验,将拌合水泥浆用的自来水加热并插入温度传感器的方法,来探测水泥浆液在砂砾石层中的扩散过程;并通过正交试验,分析孔隙比e、水灰比m、灌浆压力p等各因素对扩散半径的影响。试验结果表明,浆液扩散过程中其时间t与扩散半径R呈较好的三次函数关系,这与Magg公式基本一致;而在水泥浆液的扩散半径方面,相对于孔隙比和灌浆压力,水灰比起着更显著的影响。本试验工作为砂砾石土灌浆技术提供了有益探索。     

浙江省工业用水的节水潜力及影响因素分析

对浙江省工业用水的资源配置效率进行了分析,在此基础上,以工业用水效率最高的地级市舟山市为参照,分析了浙江省其他地级市工业用水的节水潜力,以工业用水效率为因变量,对影响工业用水效率的因素进行回归分析,根据分析结果对浙江省工业用水效率的提高提出建议。结果表明:目前浙江省工业用水的资源配置偏离了效率原则,各地级市的工业用水有较大的节水潜力;对工业用水效率有显著影响的因素包括人均GDP、工业增值率、工业用水价格、外商及港澳台商投资规模以及人均教育费用等。各地级市应根据本地实际情况制定节水目标,采取相应政策措施提高该地区的工业用水效率,以保持经济、社会稳定健康地发展。     

碳酸钙沉淀势理论计算模型及其应用

水质化学稳定性评价指数较多,其中碳酸钙沉淀势(CCPP)是一个能定量分析CaCO3溶解或沉淀的精确指数.从理论上推导了CCPP计算模型,并基于Matlab计算求解.模型计算结果与已有相关软件的计算结果相比,该理论模型的计算值更接近试验结果,可以用其代替试验值进行水质化学稳定性分析.     

河北省潜在蒸散量时空变化特征及气候影响因素

潜在蒸散量是确定作物需水量的重要依据和基础,准确估算和科学分析其气象影响因素,对于优化调整农业种植结构及合理配置水土资源具有重要意义。根据河北省及相邻行政区内24个气象站点1960-2016年的逐日气象数据,采用联合国粮食及农业组织(FAO)推荐的Penman-Monteith公式计算潜在蒸散量(ET0),利用敏感系数和贡献率对ET0变化的气候影响因素进行分析,结果表明:近57年来河北省ET0多年平均值为1 095.70mm,整体呈显著下降趋势,平均下降幅度为-8.91mm/(10a);ET0年内变化率夏季最高,冬季最低;ET0空间分布大致自西向东呈半环状递减趋势,四季与年尺度格局基本一致。河北省年平均ET0对相对湿度表现为负敏感,对其他气象因子表现为正敏感。ET0年变化对各气象因子的敏感程度依次为相对湿度>最高气温>平均风速>日照时数>平均气温>最低气温,其变化对气象因子的敏感性存在空间差异。平均风速是河北省ET0全年及春、秋、冬三季变化的主导因子,日照时数为夏季ET0变化的主导因子。空间分布上,西北部地区ET0变化的主导因子为平均气温,东北部地区为日照时数,中南部及沿海地区ET0变化的主导因子为平均风速。该研究成果可为水资源的优化配置及区域干旱评价提供一定的理论支撑。     

非线性Stokes波浪场中污染物输移扩散研究

本文讨论了二阶Stokes非线性波浪作用下流体微团的平动和变形对污染物输移及混合扩散的影响,推导了相关公式,得出了波浪场作用下污染物输移及混合扩散的基本规律,为进一步研究波浪场中的纵向离散系数提供了一定的理论依据。建立了基于有限元方法(FEM)的对流扩散数学模型．对理论推导的结果进行了验证。研究结果表明：在非线性波浪场中．污染物的混合扩散除了受漂移速度影响外,具有明显各向异性的特征。     

考虑土内气压势的下渗水流数值模拟

本文利用自制的土内气压计测得入渗时的土内气压，分析了气压的成因，指出它对人渗水流的阻滞作用，为以人渗试验进行数值模拟，在土壤水运动方程中计入了气压势，并且连接了地表积水计算，结果，模拟计算的人渗入过程，土壤水势变化过程均与实测相符，因而证明，在研究入渗问题时，考虑气压势是必要的。     

考虑水沙相互作用的河堤溃决二维数值模型

该文建立了洪水漫堤导致河堤溃决的平面二维水沙运动数值模型,以模拟溃口扩展和堤身冲刷的过程。该模型基于有限体积法、采用显式格式求解平面二维水流运动和非平衡全沙泥沙输移方程,并考虑了边坡崩塌、底床急剧变形以及高浓度泥沙输移对水流运动的影响。溃口处的混合流场采用HLL approxim ate Riemann solver处理,非黏性土溃口边坡的崩塌采用不同干、湿静止角处理。通过对英国HR Wallingford实验室一组实验的计算,结果表明该模型能较好地模拟非黏性土堤坝溃决过程中的溃口展宽、坝体冲刷、流场分布以及溃口流量过程线。对模型参数的敏感性分析显示了水沙耦合溃决模型的非线性特征。