底泥污染物释放水动力特性实验研究

在环境水动力学中,河口地区的河流底泥污染物释放扩散特性的研究越来越受到人们的重视.实际上,污染物在底泥和上覆水体之间的释放扩散,对上覆水体水质有很大影响.底泥污染物释放扩散受到底泥本身物理性质和上覆水体水动力特性的共同作用.本文对底泥污染物向上覆水体释放扩散规律进行了水槽实验,通过对水体中底泥释放污染物COD浓度的测量分析,初步得到了底泥污染物在动水条件下的释放机理.底泥污染物释放主要分为两种形式:一是底泥污染物泥水界面释放,二是底泥污染物起动悬浮释放.随后结合底泥污染物释放的水槽模拟实验,天然河道(苏州河)现场实测资料,对三者进行了分析比较.它们相互符合得较好,所反映的基本规律是一致的,表明了本文实验研究的合理性和可靠性.     

NUMERICAL SIMULATION OF TURBULENT FREE SURFACE FLOW OVER OBSTRUCTION

A two-dimensional hybrid numerical model, FEM-LES-VOF, for free surface flows is proposed in this study, which is a combination of three-step Taylor-Galerkin finite element method, large eddy simulation with the Smagorinsky sub-grid model and Computational Lagrangian-Eulerian Advection Remap Volume of Fluid （CLEAR-VOF） method. The present FEM-LES-VOF model allows the fluid flows involving violent free surface and turbulence subject to complex boundary configuration to be simulated in a straightforward manner with unstructured grids in the context of finite element method. Numerical simulation of a benchmark problem of dam breaking is conducted to verify the present model. Comparisons with experimental data show that the proposed model works well and is capable of producing reliable predictions for free surface flows. Using the FEM-LES-VOF model, the free surface flow over a semi-circular obstruction is investigated. The simulation results are compared with available experimental and numerical results. Good performance of the FEM-LES-VOF model is demonstrated again. Moreover, the numerical studies show that the turbulence plays an important role in the evolution of free surface when the reflected wave propagates upstream during the fluid flow passing the submerged obstacle.     

FLOW RESISTANCE AND HEAT TRANSFER CHARACTERISTICS OF A NEW-TYPE PLATE HEAT EXCHANGER

A new-type corrugation Plate Heat Exchanger （PHE） was designed. Results from both numerical simulations and experiments showed that the flow resistance of the working fluid in this new corrugation PHE, compared with the traditional chevron-type one, was decreased by more than 50%, and corresponding heat transfer performance was decreased by about 25%. The flow field of the working fluid in the corrugation PHE was transformed and hence performance difference in both flow resistance and heat transfer was generated. Such a novel plate, consisting of longitudinal and transverse corrugations, can effectively avoid the problem of flow path blockage, which will help to extend the application of PHEs to the situation with unclean working fluids.     

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。     

土壤蒸气抽排模拟装置

土壤蒸气抽排是一种具有发展前景的污染场址现场修复技术,它能经济高效地去除非饱和带土壤中的挥发性有机污染物。本文介绍了作者自主设计制作的一套土壤蒸气抽排模拟装置;叙述了利用这套模拟装置进行的一维、二维抽排气体流场模拟实验,和污染物去除模拟实验;一维、二维流场模拟实验所得的数据与运用各自流场模型计算出的数据相吻合,污染物去除模拟实验结果与污染物去除理论描述相符合;由此表明了这套模拟装置能较为准确地模拟实际土壤蒸气抽排情况,可用于进一步的土壤蒸气抽排研究。     

TCSC系统暂态稳定控制的动态模拟实验研究

基于暂态能量函数（TEF）方法，讨论了可控串联补偿（TCSC）装置对电力系统暂态稳定的作用，设计了相应的稳定控制策略。针对不同的故障类型，应用数值仿真和动态模拟实验进行了验证，结果均证明了该控制策略的有效性。     

天然气运移速率的微观物理模拟及其相似性分析——以库车坳陷为例

利用真实砂岩分析评价系统,直接观察了气体在孔隙、喉道内的运移方式,建立了天然气在砂岩孔隙介质中运移速率的统计模型,然后对其进行了相似性分析,形成了天然气在砂岩储层中运移速率的地质模型。制作了库车坳陷19个砂岩模型,通过微观模型获得氮气在砂岩中的运动方式,进而研究了气体在岩石介质中的渗流特点,综合分析了动力梯度、含气饱和度、渗透率等因素对气体渗流速率的影响。研究结果表明,气体在地下的渗流速率与岩石的渗透率、压力梯度、含气饱和度等因素成正比。对实验材料、几何尺寸、运移速率和动力梯度与实际地质条件之间的相似性进行了分析,建立了适用于描述库车坳陷地下天然气运移的速率模型,为进一步描述天然气的运移、聚集特点奠定了基础。     

压力抑制条件下生烃定量模拟实验研究——以渤海湾盆地济阳坳陷为例

烃源岩生烃过程受温度、压力等地质条件的影响,这一过程可以通过化学动力学方法来描述。通过2种模拟实验方法,即开放体系和封闭体系,研究了渤海湾盆地济阳坳陷不同沉积环境的4套主力烃源岩的生烃动力学特征。封闭体系模拟实验中设计了与地下相同的垂向等效压力条件。通过对比分析认为,压力对烃源岩的生烃过程具有不同程度的抑制作用,主要表现在对不同类型的烃源岩及在不同的演化阶段其影响均有所不同;随母质生烃潜力的增大,以及在演化程度增大、地层压力增高的情况下,生烃抑制作用越明显。根据实验结果,确定了4套烃源岩各演化阶段有压力条件存在的生烃动力学参数。     

聚合物驱剖面返转时机及其影响因素

聚合物驱过程中的剖面返转现象会对提高采收率造成不利影响,为进一步提高聚合物驱效果,通过理论分析和室内物理模拟方法,对聚合物驱油效果和聚合物驱剖面返转时机及其影响因素进行研究。结果表明,随岩心渗透率升高,聚合物驱剖面返转时机延后且延后幅度增大,聚合物溶液浓度C_p=1600 mg/L、渗透率级差为4 时,渗透率大于1200×10^-3μm²后尤为明显;随渗透率级差和小层厚度比（高渗层/低渗层）增大,即地层系数级差增大,剖面返转时机提前,聚合物溶液浓度CP=1600 mg/L、岩心平均渗透率Kg=300×10^-3μm²、地层系数级差10 条件下,剖面返转时机可提前至0.06～0.07 PV。随岩心渗透率升高和地层系数级差增大,采收率增幅呈先增大后减小趋势;聚合物驱剖面返转时机T_p与地层系数级差D_j关系满足方程式T_p=a（D_j-1）^-1,随聚合物溶液浓度升高,返转系数a 值减小,剖面返转时机提前。应用该公式可定量描述剖面返转时机与地层系数关系,及时调整注入参数,提高聚合物驱效果。图3表5 参8     

井地电法三维物理模型试验

文中通过采用不锈钢管模拟金属套管，细铜棒模拟供电电极，高阻绝缘板代表油层，紫铜板代表水层，并利用128道网络电位记录仪器水槽模拟实验，获得单一模型、横向和纵向组合模型的地面电位异常。通过研究钢套管井中供电存在高阻或低阻异常体时，地面电位等值线异常规律，可为井地电法研究油气储层或水层提供物理依据。模拟实验结果表明，通过向油井中供直流电，在水（地）面测量电场分布的井地工作方式的直流充电法，对于目标油气藏能够有效地消除其上方电性不均匀的影响，特别是对于上、下几套油水层同时存在，且层与层之间存在一定距离时，井地电法有可能圈定出不同储层的分布范围。因此，此法有可能在油田开发和注水开采中监测以及寻找剩余油气分布发挥重要作用。