越流含水层中抽水井附近非达西流动模型的数值解

该文研究了以Forchheimer定律为基础的越流含水层中抽水井附近非达西流问题,获得了该条件下水位降深的数值差分解,分析了非达西流、越流和井储对水位降深的影响.结果表明:在不考虑井储影响时,抽水初期越流补给对水位降深影响较小,不同越流补给情况下的水位降深曲线相互重合;抽水后期,越流补给强度越大,水位降深越小.考虑井储影响后,在抽水初期不同越流补给和非达西流动条件下的水位降深曲线相互重合且在双对数坐标下为一直线,含水层的水位降深规律与不考虑井储情况下一致.非达西流动剧烈程度对水位降深的影响与越流补给强度有关.当越流补给较小时,紊动越剧烈(即非达西流动越明显),抽水初期的水位降深越小,而在抽水后期的水位降深越大;当越流补给较大时,整个抽水过程中紊动越剧烈水位降深越小.     

两种不同粒径石英砂中非达西流动的实验研究

在水力梯度较大的多孔介质中,水流往往呈现非达西现象.为分析不同粒径介质中非达西流发生的条件,本文对粒径为0.5~0.63mm和0.63~1.25mm两种石英砂,分别开展了一维均质土柱渗流实验,并应用水力阻抗和临界雷诺数判别渗流过程的非达西现象.研究结果表明,随着渗透流速增大,水力梯度和渗透流速之间的线性关系将发生偏移,且Forchheimer方程和Izbash方程均能够很好地描述非达西渗流阶段的水流运动过程.此时,水力梯度中以黏性力和惯性力消耗能量为主导的渗透流速线性项和非线性项均逐渐增大,同时非线性项占水力梯度的相对比重随流速的增大而不断增大.两种石英砂出现非达西流时,其非线性项占水力梯度的40%~50%,相应的临界雷诺数分别为22~27和52~104.非达西流出现的临界雷诺数随介质粒径的增大而增大.     

承压含水层中非达西径向稳定流动抽水模拟实验

为分析抽水井附近水流的非达西流动，本文采用装填均质河砂的扇形密闭水槽模拟承压含水层，开展了外边界水头恒定条件下的定流量抽水实验。通过安装在扇形水槽侧壁的压力传感器测量压力水头，得到了水流稳定流动时的水头降深曲线。通过比较实测水头降深与达西流动理论水头降深，以及比较相邻两压力传感器之间的平均水力梯度与相同流速下的达西水力梯度，进行了非达西流动的判别，比较结果发现本实验条件下存在明显的非达西流动现象。同时，应用基于Izbash方程的非达西稳定流动水头降深解析解，对不同流量下的实验数据进行了拟合分析，研究发现抽水流量对非达西稳定流动的Izbash方程系数值影响较小。通过不同平均方法获得了描述本实验中非达西流动的Izbash方程系数的适宜取值为k=7.17×10-7，n=1.65，此时不同抽水流量下拟合水头降深曲线与实测水头降深曲线吻合良好。这说明基于Izbash方程的非达西稳定流动水头降深解析解可较好地描述抽水井附近的非达西径向稳定流动。     

不同数学模型模拟非均质土壤溶质大尺度运移的对比分析

利用长度为1250cm的非均质土柱中NaCl运移的试验资料,分别应用对流-弥散方程(CDE)、两区模型(TRM)、对流对数正态传递函数模型(CLT)、分数微分对流-弥散方程(FADE)和连续时间随机游走理论(CTRW)等数学模型对长土柱中溶质的运移过程进行模拟,对比各个模型的模拟结果,并从模型机理上分析模拟结果差异的原因,探讨各种模型描述非均质土壤中溶质大尺度运移的适用性。结果表明:CDE、CLT和FADE难以描述非均质土柱中的不规则穿透曲线,但FADE对穿透曲线尾部的模拟精度比CDE和CLT有所提高;与CDE、CLT和FADE相比,两者的模拟结果与实测值吻合更好,在穿透曲线尾部CTRW的模拟值略大于TRM的模拟结果;两者不仅较好地描述了穿透曲线的提前穿透和拖尾等不规则特征,而且捕捉到了非均质土柱中溶质不规则运移程度随着尺度增加而减弱的变化趋势。尽管TRM和CTRW均能很好地模拟长土柱试验所研究的饱和非均质土壤中保守性溶质的一维运移问题,但对于复杂的溶质运移问题的模拟,TRM和CTRW各有其优缺点。     

考虑弥散尺度效应与不动水体的反应性溶质运移动力学模型及半解析解

将弥散度概化为运移距离的渐进函数,并考虑土壤孔隙中存在的不动水体以及溶质的吸附和降解,建立了考虑弥散尺度效应的溶质运移两区模型(TRMS,Two-Region Model with Scale-dependent Dispersion),通过Laplace变换和de Hoog数值反演方法求得了模型的半解析解,并运用混合拉普拉斯变换有限差分法验证了半解析解的准确性。通过TRMS与弥散度为常数的两区模型(TRMC,Two-Region Model with Constant Dispersion)之间的比较,分析了弥散尺度效应对溶质运移过程的影响,并利用算术平均方法计算了TRMS的等效弥散度,最后应用TRMS和TRMC模拟了长度为1250cm的一维非均质土柱中的溶质运移过程。结果表明:TRMS的等效弥散度反映了弥散尺度效应的影响,可以近似作为区域弥散度的平均值,采用等效弥散度时,TRMC描述的穿透曲线与TRMS的模拟结果基本一致;TRMC的模拟结果与非均质长土柱的浓度实测值存在较大偏差,而TRMS的模拟精度有了较大程度的提高,能够更好地模拟非均质长土柱中溶质的不规则运移过程,说明本文建立的TRMS能够较好地模拟非均质介质中溶质在较大尺度上的运移过程。     

承压含水层中非达西径向稳定流动抽水模拟试验

为分析抽水井附近水流的非达西流动,采用装填均质河砂的扇形密闭水槽模拟承压含水层,开展了外边界水头恒定条件下的定流量抽水试验,获得到了水流稳定流动时的水头降深曲线。通过比较试测水头降深与达西流动理论水头降深,以及比较相邻两压力传感器之间的平均水力梯度与相同流速下的达西水力梯度,进行了非达西流动的判别,比较结果发现本试验条件下存在明显的非达西流动现象。同时,应用基于Izbash方程的非达西稳定流动水头降深解析解,对不同流量下的试验数据进行了拟合分析,发现抽水流量对非达西稳定流动的Izbash方程系数值影响较小。通过不同平均方法获得了描述本试验中非达西流动的Izbash方程系数的适宜取值为k=7.17×10-7,n=1.65,此时不同抽水流量下拟合水头降深曲线与试测水头降深曲线吻合良好,表明基于Izbash方程的非达西稳定流动水头降深解析解可较好地描述抽水井附近的非达西径向稳定流动。     

承压含水层中抽水井附近非达西流的近似解析解

本文将线性化方法和Laplace变换相结合研究承压含水层中单一抽水井附近的非达西流问题,得到了水位降深在抽水后期和抽水稳定阶段的近似解析解,并对抽水后期近似解析解的适用性进行了讨论.通过Stehfest数值Laplace逆变换得到了任意时刻任意位置水位降深的半解析解,并采用数值解对线性化方法所得到的近似解进行了验证.研究结果表明:在抽水后期,水位降深随着Izbash定律中的两个常数的增大而减小;在抽水后期,水位降深近似为时间的幂函数,在抽水稳定阶段,水位降深可以近似为距离的幂函数;在抽水后期,线性化方法所得到近似解与数值解吻合很好,而在抽水初期线性化方法则存在一定误差,会低估水位降深.     

环保型无溶剂低表面处理石墨烯重防腐涂料的制备与性能研究

制备了一种环保型无溶剂低表面处理石墨烯重防腐涂料,研究了石墨烯添加量对涂料耐腐蚀性的影响,分析了其对涂料性能的影响机理,确定了在涂料体系中石墨烯的最优添加量。并通过电化学交流阻抗、极化曲线、附着力以及耐盐雾测试等研究了涂料的耐腐蚀性。结果表明:该涂料拥有很小的腐蚀电流和很高的初始阻抗值,展现出优异的防腐蚀性能,经人工模拟腐蚀环境处理后,仍然可以维持优秀的防腐蚀性能。此外,该涂料作为一种无溶剂型涂料,具有较低的VOC排放量同时可实现在带锈表面或低表面处理的基材上涂装,防腐期效长。     

纳米碳管复合固态光限幅材料的制备及性能研究

采用溶胶-凝胶法成功地制备了二氧化硅凝胶玻璃基质纳米碳管掺杂复合固态光限幅材料，分别对纳米碳管在溶液和固态基质中的光限幅特性进行了测试。结果表明其在固态基质中具有更好的光限括效应，为实现纳米碳管在光限幅应用领域的材料化进而器件化奠定了理论和实验基础。     

Te－Se－X系统远红外光学玻璃的几个应用基础问题的研究

采用现代分析测试手段对Ｔｅ－Ｓｅ－Ｘ系统玻璃在实际应用开发中的几个基础问题进行了研究，得到以下结果：（１）即使采用高纯的元素原料来制备玻璃，合适的表面提纯处理工艺也是必需的。（２）Ｔｅ－Ｓｅ－Ｘ（Ｓ＝Ｃｌ，Ｂｒ，Ｉ）三个系统玻璃都在摩尔比（Ｔｅ＋Ｓｅ）／Ｘ＝２下存在一个综合性能最佳的玻璃组成点。该最佳组成点的玻璃形成了一种类似于Ｔｅ＿２Ｘ晶体的链状结构，卤素以双键的形式参与形成玻璃网络。（３）远红外Ｔｅ－Ｓｅ－Ｂｒ和Ｔｅ－Ｓｅ－Ｉ玻璃都存在着室温结构弛豫现象，使得它们的抗析晶能力急剧降低；同时较低的玻璃热分解温度也给玻璃制备与拉丝工艺造成一定的困难。为此进行玻璃改性是必要的。（４）Ｔｅ－Ｓｅ－Ｉ玻璃的网络结构中最薄弱的环节是Ｔｅ与Ｉ网络原子。在此基础上，作者从键焓的角度提出了引入第四组份进行玻璃改性的方法，以获得具有应用开发价值的Ｔｅ－Ｓｅ－Ｘ系统远红外光学玻璃。