粒径对多孔介质中悬浮颗粒迁移—沉积特性的影响

粒径变化对悬浮颗粒在多孔介质中迁移—沉积过程影响的研究有重要意义。利用自主研发的砂层迁移—沉积模拟试验系统,研究不同粒径的悬浮颗粒在不同尺寸多孔介质中的迁移—沉积特性。结果表明,对于相同尺寸的多孔介质,随着悬浮颗粒粒径的增加,到达相对浓度峰值时间增加,而对应的相对浓度峰值降低;同时,对于相同粒径的悬浮颗粒,随着多孔介质尺寸增大,相对浓度峰值增加;另外,相对于多孔介质,悬浮颗粒粒径的变化对其迁移—沉积过程影响更为显著;随着多孔介质与悬浮颗粒粒径比增大,相对浓度的峰值和终值增大;根据粒径比不同将悬浮颗粒在多孔介质中的迁移—沉积类型划分为“滤饼过滤型”、“迁移—沉积型”、“自由迁移型”3种。研究结果为水源热泵回灌过程中悬浮颗粒在地层中的迁移—沉积特性进一步研究奠定了基础。     

水源热泵回灌困难颗粒阻塞试验研究

 以水源热泵回灌过程中物理堵塞现象作为研究对象,利用玻璃珠和砾石颗粒作为多孔介质,以碱性氧化铝作为悬浮颗粒,利用自行研制的砂层阻塞试验系统装置模拟多孔介质中悬浮颗粒的迁移和沉积过程,试验中介质运动速度控制在20～200 cm/min。研究悬浮颗粒在玻璃珠和砾石颗粒中沉积时水压力与流速关系,对悬浮颗粒在2种不同介质中的沉积机制进行分析;同时研究玻璃珠介质在相同的流速和不同的悬浮颗粒浓度下相对渗透率与时间的变化关系;最后给出渗透系数衰减模型,模型对预见渗透系数的降低是有效的。     

地下水源热泵砂层阻塞试验研究（II）

介绍针对地下水源热泵系统阻塞机制开发的砂层阻塞模拟试验系统。该观测系统采取透射式观测,可实时、直接地观测阻塞物的空间变化。系统采用双向水流驱动,可模拟地下水源热泵系统回灌和回扬的渗流条件。分别利用玻璃珠和砾石颗粒作为多孔介质,以碱性氧化铝颗粒作为悬浮颗粒,通过数值模拟说明孔隙的不同引起孔隙内的流体的流速是不同的。模拟发现,在最小孔隙处流体的速度往往是最大的,而在最小孔隙处颗粒也最易发生堵塞。可为解决环境安全评估等提供试验基础。     

重力对饱和多孔介质中颗粒输运特性的影响

利用室内土柱试验研究重力对饱和多孔介质中颗粒输运特性的影响,包括渗流方向自上向下和自下向上两种不同的试验系列,每个系列中进行了5种不同渗流速度的试验。研究结果表明,渗流方向自上向下时的流出液中颗粒的浓度峰值要大于自下向上时的浓度峰值,并且前者的浓度峰值出现的也快。同一渗流方向条件下,渗流速度越大,流出液中颗粒的浓度峰值越大。其次,渗流自上向下时,随着渗流速度的增加,弥散度的值随之减小,但在渗流自下向上时,渗流速度的变化对弥散度的影响很小。另外,同一渗流方向中,随渗流速度增大,沉积系数逐渐减小,回收率逐渐增大,并且沉积系数在渗流自下向上时较渗流自上向下时的要大。可见,重力和渗流速度是影响饱和多孔介质中颗粒输运的重要因素,渗流速度越小,重力的作用越明显。     

渗透作用下多孔介质中悬浮颗粒的迁移过程研究

对天然硅粉悬浮颗粒在饱和的石英多孔介质中的渗透迁移特性进行圆柱穿透试验,得到6种不同颗粒粒径(10,15,20,25,33,47μm)、3种不同颗粒浓度(0.2,0.5,0.8 mg/ml)、3种不同渗透速度(0.087,0.173,0.260 cm/s)和3种不同渗透方向(即自上向下,水平,自下向上)的颗粒穿透曲线,重点研究这些因素对悬浮颗粒迁移的水动力学过程、弥散效应、沉积效应等物理机制的影响。研究表明,当渗透速度相同时,颗粒穿透过程中的浓度峰值一般随颗粒粒径的增大而减小。而随渗透速度的增大,水动力学作用对颗粒迁移的影响越来越大,此时颗粒粒径大小的影响则逐渐减小。此外,存在一个临界浓度值,当注入的悬浮颗粒浓度大于该值时,随着注入悬浮颗粒浓度的增大,出流液中的颗粒相对浓度反而有减小的趋势,这与大量的悬浮颗粒进入多孔介质造成多孔介质孔隙的堵塞有关。     

悬浮物颗粒导致的地下水源热泵回灌堵塞研究现状及展望

在地下水源热泵回灌过程中,回灌井堵塞状况时有发生。悬浮物导致堵塞的发生,影响地下水源热泵回灌能力,造成经济与资源的浪费与损失。本文主要阐述了地下水源热泵回灌过程中悬浮物堵塞问题的研究现状,并对未来研究方向进行展望。     

多孔介质中悬浮颗粒迁移–沉积特性研究进展

研究多孔介质中悬浮颗粒的迁移–沉积特性对地下水回灌、石油开采、污染物迁移等问题具有重要意义。从数学模型和物理试验2个方面介绍和总结多孔介质中悬浮颗粒迁移–沉积特性研究现状。提出以现场监测及大量室内试验为手段,以不同条件下悬浮颗粒迁移–沉积特性研究为基础,以建立考虑颗粒速度修正系数、孔隙率修正系数、颗粒捕获率及孔隙率变化的颗粒迁移数学模型为前提的颗粒迁移–沉积特性研究方法。当前无论是物理试验还是数学模型研究,均存在很多不足:如未能准确描述多孔介质内部孔隙结构,没有考虑到颗粒在多因素耦合作用下的迁移–沉积特性,未能将宏观尺度下的过滤现象与细观尺度下的颗粒运动很好地结合等。因此认为以下4个方向是今后研究的重点和趋势:(1)开发动态三维试验装置;(2)建立完善的多孔介质空间模型;(3)建立多因素耦合影响下的颗粒迁移–沉积数学模型;(4)建立多孔介质多尺度颗粒分析方法与理论。     

水源热泵回灌中微生物堵塞机理研究现状

水源热泵空调系统近年来得到越来越广泛的应用,因其系统不仅减小了对环境的影响,而且属可再生能源利用技术,在节约自然能源、减少环境污染等方面也做出了突出贡献。但由于技术的不足,其系统的运行现状出乎人们意料。在地下水源热泵实践的过程中,一些已建成的且正在运行的水源热泵中,绝大部分回灌井的回灌效率随着时间的增加而减小,一部分回灌井出现回灌堵塞甚至回灌效率为零,造成回灌井彻底报废,浪费投资资金和自然资源。回灌效率一直保持最原始的效率是水源热泵长期稳定运行的决定性因素,回灌堵塞制约了地下水源热泵的推广和使用,因此需要根据其堵塞机理寻找解决办法。根据回灌堵塞的成因可归纳为三种类型:物理堵塞、化学堵塞和生物堵塞。本文综述了水源热泵回灌中微生物堵塞产生机理的研究现状。     

水源热泵回灌井悬浮颗粒运移和沉积物理特性试验模型研究

针对地下水源热泵系统阻塞机制研究开发的砂层阻塞模拟试验系统,利用砾石颗粒作为多孔介质,以粉煤灰颗粒作为悬浮物,研究悬浮颗粒在砾石中运移和沉积时相对浓度与孔隙体积的关系。通过试验可知:(1)在3种不同流速试验条件下,悬浮颗粒在砾石介质中的运移和沉积主要经历了浓度的增加、骤减和平稳段,总体趋势是相同的,主要区别在于浓度的峰值有所不同,流速越大所对应的峰值越大,反之亦然。(2)给出的渗透率衰减模型对预见试验中悬浮颗粒的迁移所引起的孔隙率下降是有效的。(3)把理论分析方法同试验曲线比较后发现,余尾效应在本次试验中并没有出现,试验值和理论值具有较好的吻合性。     

多孔介质分形特征对回灌渗透性能的影响

为掌握孔隙介质级配和均匀性对水源热泵回灌过程中堵塞的影响,通过室内回灌试验测定了不同级配试样回灌渗透能力,利用颗粒级配分形维数分析了试样级配和不均匀性与回灌渗透性能的相关关系。结果表明级配分形维数D与不均匀系数的对数(lnC u)之间呈负相关,与渗透系数和孔隙度n则呈正相关。从而为不同水文地质条件地区水源热泵工程的适宜性分析,回灌堵塞机理的分析以及防止水源热泵工程堵塞技术的选择提供了一定的科学依据。     

水源热泵回灌井悬浮颗粒运移和沉积物理特性试验模型研究

 针对地下水源热泵系统阻塞机制研究开发的砂层阻塞模拟试验系统,利用砾石颗粒作为多孔介质,以粉煤灰颗粒作为悬浮物,研究悬浮颗粒在砾石中运移和沉积时相对浓度与孔隙体积的关系。通过试验可知：(1) 在3种不同流速试验条件下,悬浮颗粒在砾石介质中的运移和沉积主要经历了浓度的增加、骤减和平稳段,总体趋势是相同的,主要区别在于浓度的峰值有所不同,流速越大所对应的峰值越大,反之亦然。(2) 给出的渗透率衰减模型对预见试验中悬浮颗粒的迁移所引起的孔隙率下降是有效的。(3) 把理论分析方法同试验曲线比较后发现,余尾效应在本次试验中并没有出现,试验值和理论值具有较好的吻合性。     

温度和pH对多孔介质中悬浮颗粒渗透迁移的影响

基于悬浮颗粒迁移的经典模型,在颗粒沉积动力学方程中考虑释放效应,求解了瞬时注入情况下悬浮颗粒的一维迁移问题的解析解,同时对两种不同悬浮颗粒（硅微粉和聚苯乙烯微球）进行室内土柱试验,得到不同pH（4,7,10）、不同温度T（20℃,30℃,40℃）和不同流速（0.042,0.127,0.212 cm/s）下的迁移曲线。利用解析解对试验数据进行拟合并确定迁移参数,讨论了温度、流速对迁移参数的影响。研究表明：温度、pH、颗粒种类是影响多孔介质中悬浮颗粒迁移的重要因素,当pH=7,T≤30℃时,悬浮颗粒排斥力起主导作用,pH=7,T>30℃时,布朗运动占主导作用;同时,随着流速的增大,水动力效应增大,温度对浓度峰值的影响不明显;随着pH的增大,聚苯乙烯微球在不同温度时的迁移曲线规律与硅微粉不同。     

Aggregation and transport of nano-TiO2 in saturated porous media: effects of pH, surfactants and flow velocity

Transport of manufactured nano-TiO₂ in saturated porous media was investigated as a function of morphology characteristics, pH of solutions, flow velocity, and the presence of anionic and non-ionic surfactants in different concentrations. Surfactants enhanced the transport of nano-TiO₂ in saturated porous media while a pH approaching the point of zero charge of nano-TiO₂ limited their transport. The deposition process, a retention mechanism of nano-TiO₂ in saturated porous media was impacted by surfactant and pH. In Dispersion 1 systems (pH 7), the size of the nano-TiO₂ aggregates was directly related to the presence of surfactants. The presence of non-ionic surfactant (Triton X-100) induced a size reduction of nano-TiO₂ aggregates that was dependent on the critical micelle concentration. In Dispersion 2 systems (pH 9), the stability provided by the pH had a significant effect on the size of nano-TiO₂ aggregates; the addition of surfactants did impact the size of the nano-TiO₂ aggregates but in less significance as compared to Dispersion 1 systems. The electrostatic and steric repulsion forces in connection with the size of nano-TiO₂ aggregates and flow velocity impacted the single-collector efficiency and attachment efficiency which dictated the maximum transport distance of nano-TiO₂ for the Dispersion 1 and Dispersion 2 systems. By doubling the flow velocity at pH 9, the No Surfactant, 50% CMC Triton X-100, 100% CMC Triton X-100 and 100% CMC SDBS dispersion systems allowed nano-TiO₂ to attain maximum transport distances of 0.898, 2.17, 2.29 and 1.12 m, respectively. Secondary energy minima played a critical role in the deposition mechanisms of nano-TiO₂. Nano-TiO₂ deposited in the secondary energy wells may be released because of changes in solution chemistry. The deposition of nano-TiO₂ in primary and secondary energy minima, the reversibility of their deposition should be characterized to analyze the transport of nanoparticles in porous media. This is necessary to assess the risk of nanoparticles to the environment and public health.     

Characterizing airflow through fabric air dispersion system using a porous media model

No existing diffuser models may be used to effectively describe the fabir air dispersion system (FADS), a new ventilation terminal made of ploymer. A porous media model was proposed to describe FADS in present work. And the corresonpongding mathematical model was developed for the airflow through FADS. The characteristics of airflow through FADS was predicted using the commercial software FLUENT with the standard k ? ? turbulent model. The simulation results were well matched with the corresponding experimental value suggesting that it is feasible to describe FADS using the porous media model. Results showed that the air in the central zone flows forward with a decreasing velocity along the flow direction, and the air in the porous fibre eventually creeps out through its tiny-size holes at very low speed in the direction perpendicular to the porous fibre. The airflow close to the FADS is evenly distributed along the flow direction with a very low velocity. It is also concluded that the internal total pressure and dynamic pressure decrease slightly, while the internal static pressure increases slightly with a decaying increment along the flow direction of the FADS.     

砖木结构古建筑不同风速下火灾蔓延规律研究

为探明砖木结构古建筑火场下火灾蔓延的变化规律,从火灾蔓延特性、热释放速率、温度的变化等方面探究不同风速影响下的火灾蔓延变化情况.选取中国典型砖木结构三原城隍庙为实例,通过古建筑BIM参数化建模,合理设置火灾场景进行火场模拟分析.结果表明:风速作用下,火焰蔓延过程变化波动较大,呈现一定的周期性,在一定范围内,风速越大,古...     

不同种类胶体在含水介质中沉积和释放特征

在进行粘土、高岭土和蒙脱石三种胶体在含水介质中沉积和释放试验的基础上,重点研究不同种类胶体在含水介质中迁移、沉积和释放的差异性,同时探讨了胶体的迁移-沉积机理。结果表明,相对于粘土胶体和蒙脱石胶体,高岭土胶体最不容易在含水介质中迁移。胶体开始释放浓度随孔隙体积数的增大迅速降低,随后变化缓慢,最后趋于稳定。粘土、蒙脱石和...