利用表面过剩吸附模型研究低界面张力体系下油水两相渗流

利用表面过剩吸附理论，建立了表面活性剂在油层中的输运及吸附模型，并利用有限差分法将该模型与油水两相质量守恒方程进行了耦合求解。通过与实验结果的验证表明，表面过剩吸附模型的计算结果与实验结果符合地较好。应用此模型可以较好地研究表面活性剂在油层中的分布及其对油水两相渗流的影响。讨论了表面活性剂浓度及用量对活性剂分布及原油采出程度的影响，结果表明，表面活性剂注入浓度的影响与注入体积密切相关。     

多孔介质中溶质运移参数拟线性化估计方法

拟线性化方法是基于溶质运移“穿透曲线”（BTC）数据估计对流-弥散方程（CDE）中运移参数。该方法运用任意两个时刻浓度导数（dc／dt）与参数之间的函数关系，通过求解一个随参数单调增减的非线性方程，推导出关于时间的拟线性化参数估计方程。依据该线性化方程拟合的直线截距和斜率确定溶质运移参数。通过一组设计参数获得的BTC，应用拟线性法求解溶质运移参数并与设计参数比较，证明用该方法估计参数具有较好精度。设计数据还被用于讨论剔除浓度导数（dc／dt）峰值段误差较大数据以改善参数估计精度的方法。拟线性化方法用于估计红壤和水稻土中SO4^-2运移参数，其结果与CXTFIT法和等斜率法估计参数具有较好的一致性。     

灌水量对追肥效果影响的试验研究

以植物生理学和土壤溶质运移理论为基础，依据室内试验和野外大型土柱实验资料，分析了甘肃秦王川灌区春小麦根系生长规律。确定了描述土壤溶质运移方程中的关键参数，并计算了试验区春小麦追肥并灌水后农田土壤NO3-运移、分布规律，计算结果与试验资料吻合良好。用Michealis-Menton方程模拟了1m根区土层内春小麦灌溉入渗结束时刻的瞬态吸N量，初步提出了以作物对土壤养分吸收利用率最高为目标的灌水量确定方法。结果表明：灌水量对追肥后土壤养分运移有影响，灌水量对土壤中NO3-离子运移的影响大于对K+离子运移的影响。     

SPAC系统中水热耦合运移方程的有限元迭代算法

本文给出了ＳＰＡＣ系统中水热耦合运移方程的有限元算法，该算法将水热方程离散为一个块三对角代数方程组，使得水热参数同时被求出。同时，在总体上实行了迭代，一定程度上提高了计算精度     

排水条件下饱和土壤中镉运移实验及其数值模拟

对流弥散方程(CDE)是模拟重金属在土壤中动态的常用方法之一。本文运用动态饱和土柱实验比较了重金属镉(Cd)在不同质地的碱性土壤中吸附和运移特征，并运用Batch实验获得的吸附参数作为初始值，应用所建数学模型模拟了排水条件下Cd在饱和土壤中的吸附和运移过程。结果表明，不同质地的土壤对Cd运移的阻滞作用有所差别；水动力弥散作用对Cd在土壤中的运移过程有明显的影响。对流弥散方程能较好地模拟排水条件下Cd在饱和土壤中的运移过程。     

高温泡沫驱油技术的数学模型及应用

在对高温泡沫驱油作用机理进行研究的基础上,建立了高温泡沫驱油数学模型.该模型充分考虑了对流、弥散及表面活性剂损失等机理.对该模型进行了数值求解,模型采用自适应隐式方法求解.将模型结果与国外软件进行了对比,证明该模型及算法的正确性及可靠性.利用该模型讨论了泡沫注入参数对驱油效果的影响,随着泡沫剂浓度的增加,原油产量增加,最佳注入浓度应为0.6wt%;泡沫注入时机和气液比应根据油藏条件,进行优化.     

一维变密度溶质运移实验及参数推求

通过室内土柱注水实验,观测沙质土壤中氯离子浓度的变化过程。以变密度水流连续性方程、溶质运移方程和达西方程为基础,运用有限单元法和差分法对这3个方程进行联立求解,建立了一维变密度水流和溶质运移数值模型。利用实验数据反求变密度渗透系数、弥散系数等水动力参数。     

土壤溶质运移的边界层运动

本文以半无限土壤溶质运移的对流——弥散方程为例研究边界层运动规律。运用Laplace变换方法推导土壤溶质运移的边界层方程。数学分析表明边界层上溶质通量假设对于计算边界层运动距离和溶质浓度是可行的。边界层运动方程的一个重要应用是估算溶质运移参数，这个估算参数方法在数学上更简单、信息利用更全面，是一个值得研究和发展的新方法。     

粗糙元对单裂隙中溶质运移影响模拟研究

裂隙的粗糙度对单裂隙中的溶质运移有着重要的影响,然而粗糙元的形状(粗糙裂隙壁面上的各种凸起/坑洼)对单裂隙中溶质运移的影响机理尚未完全清楚。该研究通过求解纳维—斯托克斯方程和溶质运移方程模拟了具有不同粗糙元形状(矩形、梯形、三角形)的单裂隙中的溶质运移,并利用稀释指数量化了裂隙内溶质的空间分布。模拟结果表明粗糙元起始处的切线方向与流线的夹角越大,则发育的涡流体积越大,引起的溶质非均匀流动越明显;对溶质运移突破曲线和停留时间分布的分析表明随着流速的增加,溶质运移逐渐由费克运移转变为非费克运移,其相应的突破曲线表现出越来越显著的"早到"和"拖尾"特征;粗糙元密度与停留时间分布的幂律拟合参数b之间存在明显的正相关关系;对于相同的雷诺数,矩形粗糙元引起的非费克行为比梯形和三角形粗糙元更显著。该研究有助于进一步完善粗糙裂隙溶质运移理论。     

一维非饱和溶质随机运移模型的谱分析

本文根据宏观尺度条件下溶质运移的随机特征，在不考虑孔隙弥散的条件下，对一维非饱和溶质运移方程进行了简化。假设流速场及溶质浓度无普空间平稳随机函数，通过对一维非饱和溶运移的简化方程进行平均处理，导出了与小尺度对流一弥散方程相似的宏观尺度溶质运移的基本方程，并由谱分析导出了宏观弥散系数及溶质浓度方差的表达式。应用宏观尺度溶驼移方程为基础的数学模型对野外盐分迁移过程进行了模拟。模拟所得的溶质平均浓度及浓     

表面活性剂冲洗修复土壤油污染多相运移数值模型研究

数值模型是分析土壤油污染和设计修复方案的有利工具。本文开发了描述表面活性剂增溶、促流机制的模型,并将其集成于NAPL模型,从而构建了表面活性剂冲洗修复土壤油污染多相运移模型,此模型可用于模拟饱和带和非饱和带的情况。用表面活性剂冲洗模型模拟了柴油泄漏、重分布和表面活性剂冲洗砂介质中柴油的试验情景,模型可很好地体现表面活性剂冲洗中的增溶、促流机制,模型模拟结果与试验结果吻合较好。水冲洗对土壤中自由态油的去除效果显著,实际中可先用水冲洗,冲洗至油近残余饱和态时再用表面活性剂冲洗,以降低成本。表面活性剂冲洗较水冲洗能更快更好地修复土壤油污染。     

NUMERICAL SIMULATION STUDY ON SURFACTANT FLOODING FOR LOW PERMEABILITY OILFIELD IN THE CONDITION OF THRESHOLD PRESSURE

Based on the non-Darcy flow characteristics of surfactant flooding in the low permeability oilfield, considering the changes of threshold pressure and influence of surfactant on convection, diffusion, adsorption and retention, a mathematical model is established for a three-dimensional, two-phase, three-component surfactant flooding. A new treatment for the changes of threshold pressure and a novel correction method for the relative permeability curve in the process of surfactant flooding are derived, which enhances the matching degree between the mathematical model and field practice. The mathematical model was used to perform the numerical simulation study for a pilot test of surfactant flooding in Chao 45 Block of Daqing Oilfield, a proper injection plan was optimized. After the optimized plan was carried out in oilfield, the desirable effects, like pressure-reducing, injection rate increase, and the increase of oil recovery, were achieved. The average oil increase for single well reaches 37%, the ratio of cost to revenue is above 1：4, so the economic effect of scale is promising.     

浅层地热能不同开发方案对深层地下淡水咸化效应研究

为了保证浅层地热能可持续开发,同时控制深层承压淡水咸化,需评价浅层地热能开发对深层地下水咸化控制效应。基于地下水渗流、热量运移和溶质运移理论,以江苏省地质工程勘察院(南通分院)地下水源热泵系统为研究对象,建立松散孔隙地下水系统渗流—热量运移—溶质运移多场耦合数值模型,模拟预测了第Ⅰ承压含水层浅层地热能开发过程中地下水系统水位、温度、水化学浓度的演化规律,通过增大利用温差和减小夏季灌采比优化浅层地热能开发利用方案,定量评价增大利用温差和减小夏季灌采比对热贯通和深层地下淡水咸化的控制效应。结果表明：增大利用温差和减小夏季灌采比能有效缓解热贯通和深层淡水咸化的发展趋势,增大利用温差对深层地下淡水咸化的控制效应更为显著,减小夏季灌采比对热贯通的控制效应更为显著。     

基于FVCOM模式的温排水三维数值模拟研究

为反映河口海湾温排水所具有三维结构特征,在基于三维非结构有限体积海岸和海洋模型(FVCOM 2004版)建立的三维潮流数值模型基础上,采用类似的有限体积法开发了一个三维温排水对流扩散模型用于模拟近岸海域温排水的扩散输运过程,并应用该模型对象山港内某滨海电厂的温排水进行了计算,模拟得到了温排水对流扩散过程的三维分布特征,即电厂冷却水温排放后,温差所产生的浮力效应使温排水趋于海水上层输移,海水上层温升与深层温升存在明显的垂向差异.     

混凝土电化学脱盐模拟及其影响因素分析

电化学方法可以用来对含有氯离子的混凝土进行脱盐。电流密度的大小和环境温度的高低是影响电化学脱盐效率的主要因素,过大的电流密度会对钢筋混凝土的性能产生一定影响,而较低的温度会降低脱盐效率。基于氯离子输运方程和温度对氯离子扩散系数的影响,建立了氯离子输运数值模型,得到了不同工作电流密度和温度下混凝土的电化学脱盐效率。结果表明：温度对脱盐效果影响显著,较高温度（303.15 K）时的氯离子渗透系数是较低温度（273.15 K）时的8.8倍;随着温度的升高,取得同样脱盐效果所需要的电流越小,即在较高温度环境下可以使用较低电流达到较高的脱盐效率。     

平面二维溃坝水沙输移动床数学模型研究

为数值模拟溃坝洪水作用下泥沙输移及河床变形,建立了无结构三角形网格的平面二维水沙耦合数学模型。水动力学模型采用浑水流动方程,考虑了泥沙输移及床面冲淤变化对水流动量的影响;泥沙输移采用不平衡泥沙输移模式。模型数值计算格式采用守恒性较好的有限体积法,单元界面的对流通量采用基于近似黎曼解的Roe格式计算,扩散通量采用中心格式,不平衡泥沙输移方程采用坡度限制的二阶空间精度格式离散。模型经经典算例和小尺度瞬间全溃的动床实验资料检验,水面、床面及流速等计算结果与实验资料或解析解等比较吻合,分析了动床与定床水面及洪水传播速度的差异。在上述检验的基础上,采用动床模型对某河道型水库溃坝诱发的水沙运动进行了数值模拟,结果表明溃坝洪水下水流、泥沙及河床变形发生强烈的相互作用,采用水沙及河床变形耦合的数学模型是必要的。     

Fate and transport of oil in sediment laden marine waters

Spilled oil when present in sediment-enriched waters, is known to interact with sediments. Oil droplets form aggregates with sediments due to collision and dissolved oil partitions (absorption and adsorption) into sediments due to capillarity and surfactant ions. This may change the fate and transport of both oil and sediments. Interaction with sediments acts as a natural oil removal process. This has been recognized as a crucial component in developing oil spill countermeasures. However, no comprehensive models are currently available to describe the process. This paper presents a novel numerical model developed to simulate oil-sediment interaction and transport in near-shore waters. The present model simulates, oil and sediment transport, oil-sediment aggregate (OSA) formation, oil partitioning into sediments, and sediment aggregation. The critical information provided by the model such as the fraction of oil removed due to sediment interaction would be useful in developing oil spill countermeasures.The model results are compared with the limited data from laboratory experiments and show a good agreement. Scenario simulations showed that up to 65% of released oil may be removed from the water column as OSAs. They further showed that when oil droplets and sediment particles are smaller (less than 0.1 mm), the amount of OSAs formed is higher. According to the scenario simulations, the amount of oil partitioned into sediments is 4–5 orders of magnitude smaller than the amount of OSAs formed.     

EFFECTS OF TEMPERATURE AND CONCENTRATION ON RHEO-LOGICAL CHARACTERISTICS OF SURFACTANT ADDITIVE SOLUTIONS

The shear viscosity of turbulent drag-reducing surfactant solution was measured as a function of concentration, shear rate and temperature by using an AG-G2 rheometer （TA Instruments, New Castle, USA）. The experimental results showed complicated rheological behavior with the concentration in large. The Bird-Carreau model was found to fit well to the measured rheological results. The characteristics for the parameters ηo-ηx and λ dependence on temperature were also studied.     

含水层中重金属溶质运移动力学模型研究进展

在总结国内外重金属污染研究的基础上,综述含水层中重金属溶质运移动力学模型的发展,归纳总结模型的计算方法。讨论了模型参数的确定方法,以及温度,p H值,孔隙水流速,有机质与胶体,土壤非均匀性对参数确定的影响。最后,指出含水层中重金属溶质运移过程中目前研究存在的主要问题,并对将来在该领域需重点研究的内容进行展望。