基于自然电位的充填裂隙溶质运移特征试验研究

为精细描述充填裂隙溶质运移过程及其特征,设计加工了充填裂隙溶质运移试验模型,开展了不同流速条件下溶质运移试验,研究了充填裂隙溶质运移特征,结合不同测点自然电位(SP)实时动态监测数据,详细刻画了充填裂隙内部溶质运移过程。结果表明,在试验流速范围内,水流符合达西定律；随着流速增加,取样口处溶质峰值浓度增加,初始到达和峰值到达时间均减少。不同流速条件下,溶质运移过程中自然电位响应呈现出相似特征,均反映出溶质弥散前锋与溶质弥散峰值浓度区随水流动均呈匀速运移状态。利用峰值自然电位数据计算的水流宏观平均流速与采用溶质峰值浓度计算结果基本一致,但峰值自然电位计算流速值更接近根据流量计算平均流速,且流速越大,二者误差越小；同一流速条件下,随着溶质运移距离增加,自然电位峰值呈对数规律增加。     

考虑土壤大孔隙的下渗模型构建及验证

土壤大孔隙是土壤中一种普通存在的现象,土壤大孔隙体积虽然仅占土壤体积的0.1%~5%,但却很大程度上影响着水分及溶质在土壤中的运移.从物理机制出发,构建了考虑土壤大孔隙的下渗模型.将土壤分为基质流区、贯穿大孔隙流区和内集水流区.假定基质中的水流符合达西定律,贯穿大孔隙域的水流通过运动波方程来描述,内集水区为一端封闭的贯穿大孔隙,采用一维水平入渗方程描述大孔隙中的水入渗到土壤基质中.联立3个流区的水流方程,采用有限差分法求解该模型.最后利用人工模拟降雨实验验证所建模型的有效性.结果表明,所建下渗模型能够较好反映大孔隙土壤下渗过程.     

可变形多孔介质溶质运移的参数影响分析

提出了有关可变形多孔介质溶质运移的的计算公式,该公式考虑了固结速率、膨胀速率、超孔隙水压力、吸出耗散等对非线性平流运移影响.用3种假设案例来说明透水黏土层中固结、膨胀、超孔隙水压力等对溶质运移过程以及临界点的影响,结果表明黏土层中固结影响浓度分布,但是并不显著影响运移通量的最大值,固结作用加速运移过程,不同的水头梯度下引起的膨胀能否加速平流运移过程,取决于有效扩散系数与固结系数的比值.     

溶质运移模型数值解及并行化处理

文章主要是在了解和广泛收集前人研究资料的基础上,将混合拉普拉斯变换有限单元法引入到求解首采区卤水动态二维模型中关于溶质运移的问题中。在求解对流占优的地下水溶质运移问题时,常规数值方法会产生数值扩散和过量现象,而此方法能够有限地消除数值扩散和过量的现象,还具有一步到位、局部求解的优点。最后还将此方法应用到具有空间一阶导数项的对流弥散方程,以检验此方法的数值有效性和求解溶质运移模型的能力。     

高密度电阻率法监测纳米胶体 在多孔介质中运移的实验

利用高密度电阻率法监测纳米胶体在饱和多孔介质中的运移过程。对纳米胶体和保守性示踪剂在末端 的电导率穿透曲线进行了比较。结果表明,纳米胶体与保守性示踪剂在多孔介质中的运移过程非常相似,均可 用一维对流弥散方程进行拟合。通过对不同截面、不同电极间距、竖直方向的电阻穿透曲线的比较,说明利用 高密度电阻率仪监测纳米胶体在多孔介质中的运移是可行的。无论是传统示踪剂还是纳米胶体,在同一截面上 不同电极间距几个测点的穿透曲线非常相似,沿着水流向前推进的溶液锋面到达同一电极截面的时间非常接 近,说明多孔介质是非常均质的。同时高密度电阻率法可以动态反映砂柱中纳米胶体运移的时空变化特征。     

分形多孔介质的流动与传热格子Boltzmann模拟

针对多孔介质内孔隙的尺寸、分布及连通性等结构方面的复杂性和随机性,采用分形谢尔宾斯基地毯模型来实现不同孔隙率及孔隙构造,并利用双分布热耦合格子Boltzmann模型对工质的流动与传热过程进行了数值模拟。在此基础上,研究了同一孔隙结构物理模型下孔隙率和压降对渗透率的影响,探讨了同一孔隙率下压降与不同固相基质结构入口流量之间的关系,并探究了固相基质的热导率及孔隙结构在孔隙流动与传热过程所起的作用。结果显示：建立的数值计算模型能正确地描述多孔介质内的流场及温度场;不同孔隙结构及孔隙率的流线与速度云图反映了多孔介质内流线及流速的分布特征;通过增大压降及孔隙率,能够使渗透率得到提高;不同导热比及孔隙结构类型下的温度分布特征及其随时间的变化规律,能够为强化航空航天领域中相变储能材料的导热性能分析提供理论参考。     

黏土贯穿裂隙污染物迁移的实验和数值模拟研究

为研究裂隙黏土中的溶质运移,研制一套适用于裂隙黏土中溶质运移的实验装置,通过测定实验装置内示踪剂溶液的电导率来监测溶质的运移规律。实验结果发现模型底部监测孔处的渗出液浓度在短时间内就趋于稳定达到最大,表明黏土中裂隙的存在会使溶质顺着裂隙快速穿过黏土层,形成优先流现象,从而对黏土层下部的水体造成污染。采用数值方法对室内试验进行模拟分析,讨论了提高水头和改变岩土体两种方法来进行预测,结果显示黏土层上部水头变化对黏土中的溶质浓度影响不大,且不同土体中如均出现贯穿型裂隙,那么污染物进入含水层的时间基本一致,防渗失效,这时改变防渗材料没有意义。     

多孔介质孔隙结构重构及水蒸气传递特性

采用随机生长法分别构造了各向同性、各向异性的孔隙率相同,孔径分布和孔隙表面分形维数不同的多孔介质,探索了在多孔介质孔隙率相同的情况下,微观孔隙结构对孔隙内湿传递过程的影响。结果表明：决定多孔介质内部输运特性的孔隙结构参数,除孔隙率以外,孔径分布和孔隙表面分形维数等参数对多孔介质孔隙中水蒸气扩散过程的影响显著;孔隙率相同,孔径分布和孔隙表面分形维数不同的3种各向同性和3种各向异性多孔介质的水蒸气扩散浓度最大差别分别为30.6%和23.3%;各向同性多孔介质的小孔分布率越大,孔隙表面分形维数越大,说明孔隙的连通性和水蒸气在多孔介质孔隙中的扩散性能越好;各向异性多孔介质（水蒸气扩散的方向垂直于其生长率较大的方向）的大孔分布率越大,孔隙表面分形维数越小,水蒸气在多孔介质孔隙中的传递性能越好。     

基于随机行走方法的多孔介质导热性能研究

在组成相同的情况下,多孔介质传热性能可以表示为孔隙率、孔隙分布、孔隙连通性和方向性参数的函数[1-4].孔隙分布静态特征可以用面积分形维数来描述,而表征孔隙连通性和方向性的多孔介质动态特性结构参数的相关研究文献较少.本文在传统随机行走模型的基础上,提出了一种新的方向随机行走模型来定量描述多孔介质动态特征,并与有效导热系数建立了定性关系.     

单裂隙介质中核素迁移模型的解析解及其应用

为了解核素在裂隙介质中的迁移规律,应用双重介质理论,分别建立描述核素在裂隙域和基质域中迁移的基本微分方程,通过二者在裂隙域与基质域交接处流量和溶质的连续性,利用拉普拉斯变换推导出描述单裂隙中一端具有指数衰减注入源的解析解.以Th-229、Cs-135及Se-79为研究对象,利用该解析解预测了这些核素的相对浓度在裂隙域与基质域中随时间和空间的变化结果,模拟结果表明,该解析解可应用于裂隙介质中的核素迁移、地下水污染等研究.     

基于多孔介质理论的冻土水热迁移耦合模型推导

在多孔介质理论的基础上,基于非线性达西定律并假设水分迁移过程为单向、可逆及水分迁移过程中无溶质迁移,推导得出了无相变以及考虑相变的水分迁移方程;引入土体传热方程和土骨架质量密度变化方程,过程中考虑了冻土中温度变化,扩散和对流,以及水分相变和温度、质量变化之间的相互影响。联立各方程得到了非饱和冻土水热分布控制方程,建立了非饱和冻土水热迁移耦合模型。文中亦对模型中具体参数的确定方法提出了建议。方程属于非线性偏微分方程,无法得出解析解,须采用数值解法。     

Transient pressure analysis in porous and fractured fractal reservoirs

Fluid flow in porous and fractured fractal reservoirs is studied in the paper. The basic formulae of seepage velocity, permeability and porosity in both porous and fractured fractal media are developed. The pressure diffusion equation of slightly compressible fluid in fractal reservoirs is derived. The analytical solutions of the transient pressure are given for the line-source well and the well with well-bore storage and skin factor. The typical curves of pressure and the derivative of pressure are established, along with the interpretation of the well-testing method via type-curve matching. In addition, 3-D pressure diffusion equations for anisotropic fractal media are given in both Cartesian coordinates and Cylindrical coordinates. Supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 10672159, 10702069) and National Basic Research Program of China (“973”) (Grant No. 2006CB705805)     

一种求解对流—弥散方程的数值方法

本文给出一种求解对流一弥散方程的数值模型,在本模型中将对流和弥散作用分开计算。对流问题由可动坐标系中质点的运动决定,弥散问题是在固定坐标系中用有限元素法求解的。通过与有限差分法和有限元素法进行计算比较,证明本模型正确有效。     

Insight into the structural evolution of porous and fractured media by forced aeration during heap leaching

Despite lots of techniques in improving the heap leaching performance, many constraints on the industrial applications remain. We proposed a correspondingly effective and new idea of introducing forced aeration to improve the bad permeability and leaching effect of Yangla Copper Mine (YCM) during heap leaching. The dual-media theory was employed to study the impact mechanism of forced aeration on the variations of porous and fractured media during the column leaching experiments. An X-Ray Computed Tomography (CT) set was utilized to perform the pore imaging of the specimens and the fracture morphology of the particles within the columns was analyzed by Scanning Electron Microscope (SEM) as aeration rate (AR) changed. The results show that there exists copious fine particles within the heap of YCM, the particle size distribution of which is not reasonable. The forced aeration can not only promote the development of the porous and fractured structures but effectively break the blocked seepage paths. Then the leaching degree is improved and the seepage performance of the solute within the solution is enhanced. Therefore, the forced aeration is probable of making the leaching performance greatly improved.     

基于颗粒吸附概率模型的渗透注浆滤过机制研究

滤过效应对悬浊液渗透注浆扩散具有重要影响,滤过系数为渗透扩散关键影响参数,现有研究多将该系数假定为常数,具有较大局限性。考虑渗流域内各组分质量守恒,引入线性滤过定律,采用颗粒沉积概率模型描述水泥颗粒在多孔介质内沉积吸附行为,建立了考虑渗滤效应的水泥浆液渗透注浆柱形扩散理论模型。基于一维渗透注浆试验过程信息,提出了柱形扩散理论模型参数反演确定方法。开展了三维渗透注浆柱形扩散模型试验,结合理论模型计算结果,对比分析了孔隙率及浆液压力时空变化规律,探讨了注浆速率及浆液水灰比对滤过机制影响规律,并对理论计算模型准确性进行了验证。结果表明,注浆速率越小,注浆口处孔隙率衰减量越大,同时孔隙率沿浆液扩散方向衰减越剧烈;浆液水灰比越小,孔隙率衰减越快,滤过效应越显著。与试验值对比,所建立模型孔隙率最大计算误差小于12%,注浆压力最大计算误差小于14.2%,所建立模型可较好地描述水泥浆液多孔介质柱形扩散过程。     

铸件凝固过程的水力学模型及其应用

本文在简要回顾了铸造合金液凝固过程数学模型的历史后,引入了虚拟渗流和虚拟渗透系数的概念,将铸造合金液转化为含有均布多孔的渗流体,从而将应用渗流力学的理论来研究合金液体的水力学特征;应用渗流模型中的Boussinesq方程和J·Dupuit假设来进行铸造合金液凝固过程的研究,导出了在不同凝固方式下凝固过程服从的数学模型和铸造合金凝固过程中所服从的通用模型;且比原模型简单,为进行凝固过程的多量平衡和移动边界条件的解决提供了可能;该模型用于补缩系统的辨识和优化设计证明了该模型的可信性。     

富水裂隙围岩隧道涌水量计算方法与规律分析

富水裂隙区隧道涌水量预测精度较差,涌水问题尚未得到较好的解决。针对此问题,视裂隙围岩及注浆区为非均质各向异性介质,初期支护及二次支护结构为均质各向同性介质,构建了裂隙围岩下隧道涌水简化计算模型,基于地下水力学理论及流体质量守恒定律推导了富水裂隙区隧道涌水量计算公式。通过退化分析及案例工程现场实测数据验证了构建富水裂隙区隧道涌水简化计算模型的合理性及涌水量计算式求解的正确性,最后基于解析解揭示了各特征参数对富水裂隙区隧道涌水的影响规律,探讨了富水裂隙区隧道涌水机制。结果表明：理论计算值与现场实测值最大相对误差为8.1%,验证了构建模型的合理性及公式推导的正确性;隧道涌水量随裂隙最大宽度的增加而增大,受堵水结构的联合制约,两者近似呈线性关系;注浆区厚度与隧道半径比值在2倍以内时,隧道涌水量受注浆区厚度的影响显著;富水裂隙区隧道涌水受裂隙分布规律及支护结构的制约,应重视对裂隙分布的调查。     

分子扩散对枯竭油藏型地下储气库动态的影响

针对枯竭裂缝性油藏型储气库渗流特性非常复杂,许多矿场在应用和理论研究中往往忽略气体分子扩散对枯竭裂缝性油藏型地下储气库动态的影响.引入了Fick第一定律,对多孔介质中的扩散系数进行了修正,计算了气体扩散流量;并将气体分子扩散流量代到Warren-Root双孔模型中,建立了考虑气体分子扩散的枯竭裂缝性油藏型地下储气库的数学模型,应用该模型进行了实例计算.算例分析表明:储气库运行18年后,考虑分子扩散比不考虑分子扩散自由气量多损失6%,累积产油量增加1.35倍;证明了气体分子扩散是储气库气体损失的一个重要原因,同时也是注气提高原油采收率的重要机理.     

非平稳随机振动中首次越界问题的随机游动法

给出了计算随机振动中首次越界概率的简便快速的数值解法．该方法依赖于振幅响应过程Ａ（ｔ）的Ｍａｒｋｏｖ性以及它所满足的Ｆｏｋｋｅｒ－Ｐｌａｎｃｋ方程．通过建立一扩散过程的随机游动模型，Ｆｏｋｋｅｒ－Ｐｌａｎｃｋ方程的数值解被极大的简化．     

裂缝性油藏注气提高采收率技术进展

注气可以维持裂缝性储层的地层压力,并提高驱油效率.阐述了世界裂缝性油藏注气提高原油采收率(EOR)技术的发展概况,分析和讨论了裂缝性储层注气开采特征、室内实验研究及理论研究技术现状.指出,储层中裂缝发育方向和程度严重影响注气驱替效果;气驱突破速度未必比水驱突破快;气驱波及范围有可能比水驱波及范围广.多孔介质将影响流体相态、油气混相性及气驱油机理,建议加强考虑双重介质特性的注气驱相关室内实验研究和混相理论研究.