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。     

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。     

多孔介质中沉积颗粒脱离特性试验研究

开展沉积颗粒在多孔介质中脱离过程试验对研究地下水源热泵回灌堵塞过程有重要意义。利用自主研发的砂层沉积–脱离模拟试验系统,研究增加渗流速度和改变渗流方向对多孔介质中已沉积颗粒脱离特性的影响。结果表明:在改变渗流速度大小条件下,渗流速度越大,已沉积的颗粒越容易发生脱离,到达悬浮颗粒相对浓度第二次峰值所需的时间越短,而达到二次峰值时所注入的水量接近;与改变渗流速度大小相比,用改变渗流方向的方式进行沉积颗粒脱离效果更为明显,到达二次峰值所需时间更短、水量更少,但随着时间增加,多孔介质中又会出现类似渗流方向改变前的堵塞现象;渗流条件变化后的初始阶段是已沉积颗粒脱离的主要时期。研究结果为水源热泵回灌过程中悬浮颗粒在地层中的沉积-脱离特性进一步研究奠定了基础。     

渗流作用下多孔介质内颗粒迁移与堵塞规律研究

渗流作用下细颗粒在多孔介质中的迁移穿透与堵塞规律对于防止岩土内部侵蚀、提高人工渗滤设施性能具有重要意义.为此,以砾石为填料,基于X-CT技术开展了多孔介质内颗粒在渗流作用下的迁移与堵塞规律研究.研究结果表明,颗粒在多孔介质中的穿透率总体上随着渗流流速的增大而增大,但不同粒径比工况下,渗流流速对穿透率影响呈现出较大差异....     

粒径和渗流速度对多孔介质中悬浮颗粒迁移和沉积特性的耦合影响

 关于粒径和渗流速度的研究对更好地描述悬浮颗粒的迁移和沉积过程有着重要的意义。在不同的粒径和渗流速度条件下进行悬浮颗粒的室内土柱试验,对比分析不同条件下穿透曲线的变化规律。试验很好地克服了悬浮颗粒形状和化学因素等对试验结果的影响。试验结果表明,对于粒径相同的悬浮颗粒来说,流出液中悬浮颗粒的浓度峰值随渗流速度增大而增大,相应的沉积颗粒却随之减小;并且,渗流速度存在一个临界值(0.173 cm/s),大于该临界值,渗流速度的变化对悬浮颗粒的迁移特性的影响很小。其次,渗流速度相同时,流出液中悬浮颗粒的浓度峰值随粒径增大而减小,相应的沉积颗粒却随之增大;渗流速度越小,粒径对筛滤作用的影响越明显。     

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.     

垂直隔离工程控制污染物运移的应用研究

工程实践中, 经常利用各种垂直隔离工程阻止污染物在土壤中的迁移和扩散。本文根据组成材料的性质及施工方法类别划分, 对各种垂直隔离措施作初步小结, 并结合一维溶质运移的对流－扩散方程, 就某化工厂附近ＳＯ２－４ 离子污染地基处理的具体实例进行分析和讨论。     

考虑加速效应的多孔介质中颗粒三维迁移模型研究

基于已有的颗粒一维迁移模型,建立一个考虑加速效应的颗粒三维迁移模型。通过Laplace变换和Fourier变换,给出点源和面源形式下的颗粒瞬时注入和周期形式注入问题的解析表达式,分析了点源瞬时注入情况下时间、距离、沉积系数、弥散系数等的影响机理。研究结果表明：随着时间增大,迁移颗粒浓度峰值逐渐减小,并且浓度峰值所对应的x坐标值逐渐增大。其次,浓度等值线在x-y平面上呈椭圆形状,在x方向上靠近颗粒注入口的等值线排列较密,远离注入口的等值线排列较疏。随着时间增大,低浓度等值线的范围逐渐向四周扩大,高浓度的等值线的范围逐渐缩小。另外,沉积系数越大,浓度等值线的范围越小。然而,随着x方向的弥散系数增大,等值线在x方向上逐渐向两侧拉长,而等值线在y方向上的范围逐渐缩小。     

考虑非均衡吸附的多孔介质中循环注入污染物运移规律

由经典的吸附解吸作用下污染物运移控制方程出发,将Freundlich线性等温吸附模型中溶质浓度上升、下降过程视为吸附、解吸过程,从而建立了非均衡吸附问题理论模型;并给出了累计质量分数及相对浓度的相关表达.利用Comsol Multiphysics数值分析方法讨论了三角函数、高斯脉冲函数循环注入下污染物运移规律,结果表明:吸附、解吸平衡常数的差值对污染物吸附量有较大影响,其值越大吸附量则越大;随着弥散度的增大,穿透曲线峰值有先增大后减小趋势,且穿透过程越久.此外,对于连续注入,注入时间存在一个临界值,小于该值时溶质浓度峰值随注入时间的增大而增大,而大于该值时溶质浓度峰值恒等于注入浓度平均值;且注入时间越大峰值出现时刻越晚;而相对浓度随注入时间的增大而减小.     

NaCl溶液运移过程的电容成像法室内监测研究

电容成像法是根据被测物质各相具有不同的介电常数,当各相组分分布或浓度发生变化时,将引起被测介质介电常数发生变化,从而使测量电极对间的电容值发生变化。以这些电容测量值作为投影数据,通过一定的图像重建算法,便可以获得介电常数分布,从而获得物质分布的图像。本研究运用电容成像法对NaCl溶液运移过程进行了实时监测,首先通过小砂盒进行了用不同浓度NaCl溶液饱和的多孔介质测定,得到了电容标定曲线,从而说明了电容成像法的有效性,然后通过砂槽进行了非饱和带中NaCl溶液的运移试验,并利用电容成像法进行了同步的动态监测,得到横纵向电容时间变化曲线,以及影像图,并通过三维电容相对值变化明显的看出NaCl溶液运移过程。这说明利用电容成像法对非饱和多孔介质中NaCl溶液的空间分布范围进行圈定并监测其迁移过程是完全可行的。     

油气流-固耦合渗流研究进展

介绍了多孔介质流-固耦合渗流研究的重要意义，对多孔介质流-固耦合渗流研究进展加以综述和讨论，提出了进一步深入研究的方向，并着重讨论了近十年来油气流-固耦合多相渗流及其应用研究和各种耦合方法，为其他渗流工作提供一定的参考。     

多孔介质中晶体的结晶压力分析

孔隙溶液中结晶体产生的结晶压力是多孔材料宏观上形成介质变形、冻胀破坏的重要因素之一。以溶液-晶体的化学势平衡为基础,考虑了溶液中的粒子相互作用,分别对以过饱和比为驱动的盐分结晶体和以温度为驱动的冰结晶体进行了理论分析,建立了非理想溶液中晶体对孔壁产生的最大结晶压力模型,并对溶液的冰点温度进行了分析。以NaCl溶液和Na₂SO₄溶液为例,分别对不同浓度和不同温度下的盐、水结晶压力及冰点温度进行了参数分析。结果表明：对于盐分结晶体,其结晶压力与溶液的过饱和比、溶液活度以及结晶盐的类型密切相关;对于冰晶体,其结晶压力与环境温度以及溶液的活度相关。     

油气流–固耦合渗流研究进展

介绍了多孔介质流–固耦合渗流研究的重要意义,对多孔介质流–固耦合渗流研究进展加以综述和讨论,提出了进一步深入研究的方向,并着重讨论了近十年来油气流–固耦合多相渗流及其应用研究和各种耦合方法,为其他渗流工作提供一定的参考。     

交替边界条件下多孔床传热传质特性数值模拟

针对回热式新风系统中多孔介质回热器在交替边界条件下的传热传质特性进行了研究.采用数值方法针对表面温、湿度交替变化的对流边界条件,对多孔床与空气的非稳态传热传质过程进行了模拟计算,获得了多孔床内温度场和含湿量场.在此基础上,分析了该类多孔床的传热传质特性,并比较了关键因素对多孔床内温度和含湿量变化的影响.计算结果表明,多...     

多年冻土地区路基温度场和水分迁移场耦合问题研究

基于冻土路基特殊的工程性质,对水分迁移结果即含水量变化对温度场的影响特别是对热物理参数的影响进行了研究,考虑温度变化对土体水分迁移机理及计算方法进行了研究,提出了冻土路基水热耦合计算模型,并给出了水热耦合计算的总体流程图,实例计算揭示了冻土路基温度场和含水状态的横向差异。     

连续孔隙介质土力学及其在非饱和土本构关系中的应用

首先论述了土力学的理论基础仍然很不完善,仍处于半理论、半经验的发展阶段,它还缺少统一的理论基础。指出:连续孔隙介质土力学是以多相孔隙介质理论为基础描述自然界中土的行为的一门科学,它(或多相孔隙介质理论)可以作为土力学统一的理论基础。然后介绍了连续孔隙介质土力学的理论基础,讨论了多相孔隙介质理论的整体平衡方程的建立以及土力学中控制方程的选择和确定。针对非饱和土问题,利用多相孔隙介质理论(包括热力学和内变量理论),基于3种广义应力即非饱和土的有效应力(式(22))、基质吸力和气相压力作为3个独立的应力状态变量,提出并详细地论证和推导了考虑气相的能量耗散和塑性体积变形的非饱和土弹塑性本构方程。     

Assessment of an equivalent porous medium for coupled stress and fluid flow in fractured rock

The equivalent porous medium (EPM) for coupled stress and fluid flow in fractured rock was assessed. The assessment was focused on the contributions of the seepage-induced force to the system's equilibrium and deformation as well as fluid flux through the fractures, with the special emphasis on the inter-relations among these three aspects. Seepage-induced average stress was calculated for the EPM. And it was proved, with respect to the fluid flow system (FFS) proposed by Long et al. [Long JCS, Remer JC, Wilson CR, Witherspoon PA. Porous medium equivalents for networks of discontinuous fractures. Water Resour Res 1982;18:645–658], that the equivalence of the equilibrium contribution of the seepage-induced force is unconditionally satisfied in the EPM. The equivalence of fluid flux and seepage-induced deformation was evaluated using numerical techniques based on the FFS, in which the seepage-induced deformation was considered as ‘tensile’ deformation under fluid pressures. The numerical simulation results of the two cases suggest that the EPM established in terms of fluid flux based on the FFS guarantees equivalence of coupled stress and fluid flow. Also, the numerical simulation results indicate that the percolation theory can not be applied to a system with fractures of remarkably different size and hydraulic conductivity.     

颗粒材料的离散颗粒及间隙水渗流模型与数值模拟

基于离散颗粒模型的含间隙水颗粒材料液-固耦合分析，发展了Darcy渗流模型。应用特征线SPH方法求解液相，建立饱和与非饱和颗粒材料渗流模型的数值模型。数值例题给出饱和颗粒材料结构物在位移加载条件下的破坏模式及间隙水Darcy速度与水压力分布，并进一步模拟降雨条件下非饱和颗粒材料结构物的瞬态渗流过程，显示该模型模拟含间隙水颗粒材料结构物液-固耦合及变形的良好性能。