土壤气相抽提过程中多孔介质扰动的数值分析

基于质量守恒与流体达西定律推导水气二相流动的连续性微分方程,进而结合饱和度~相对渗透率~毛细压力耦合关系构建二相流动数学模型,并建立多孔介质孔隙度变化与水气二相饱和度之间的数学关系,最终实现多孔介质扰动时空变化的定量表征.案例模拟分析结果表明:对于特定场地而言,抽提影响带的空间形态与抽提真空度密切相关,抽提真空度越大,影响半径及影响带内的气流速度越大,本案例中抽提真空度在11kPa和31kPa时的抽提影响半径分别达到8.5m和9m;在抽提过程中,孔隙度及渗透率随时间呈现先增加后稳定的显著变化,达到稳定所需的时长及其变幅则与离抽提段的空间距离成反相关,抽提压力为0.7′105Pa、特征参数 =0.8的情景模拟显示:距离抽提段1m的P1点在约40min后孔隙度达到稳定、增幅为0.0387,而较远的P4点,距抽提段水平距离为3m,约在60min后达到稳定、增幅为0.0031,相应地,P1和P4点介质渗透率分别从1.18×10-11m2增加至2.22×10-11与1.25×10-11m2;在相同抽提压力下,孔隙度增幅与关键参数 值成正相关,抽提压力为0.9×105Pa、 =0.1和0.8时的孔隙度最大增幅分别约为0.009和0.055;相同参数 条件下,孔隙度增幅与抽提压力成正相关, =0.8、抽提压力为0.7×105Pa时的孔隙度最大增幅则达到0.066.     

光透法定量两相流中流体饱和度的模型及其应用

基于光透法定量流体饱和度的原理及其在两相流中的应用,设计了两组密封砂箱实验来研究气体或重非水相流体(DNAPL)在饱和孔隙介质中的迁移,观察了气体或DNAPL在孔隙介质中的迁移规律,应用并验证了2个水/气两相流中的光强-饱和度(LIS)模型,特别是建立并应用了适用于NAPL/水两相流系统的2个新LIS模型.结果表明,气体以不规则的"指状"通道向上迁移直到在砂箱顶部聚集,最终形成连续的气体分布;TCE由于自身重力的影响向下迁移直至砂箱底部,最终在砂箱中形成不规则的污染羽并在砂箱底部形成污染池.利用实验结果应用并验证4个光透法模型得到:2个水/气系统中LIS模型(WG-A和WG-B)整体适用于本实验数据;2个NAPL/水系统的LIS模型(NW-A和NW-B)得到与实测资料较吻合的结果,其中基于单个孔隙水驱替假设的模型NW-A与实验结果更加接近,对量化多孔介质中的NAPL/水系统各相饱和度具有一定的参考意义.     

气-水两相砂介质中饱和度-毛细压力关系与水位波动之间的响应

利用时域反射仪（TDR）与微型张力计（T5）联用装置,测定气-水两相砂介质中因水位波动产生的连续干燥与湿润循环过程中饱和度-毛细压力（S-p）关系曲线.同时,研究了多重水位波动对S-p关系曲线、孔隙流体运移的滞后性及空气剩余饱和度的作用.结果表明,TDR、T5和数据自动采集器联用装置可较准确测量出气-水两相条件下S-p关系的动态变化.同一介质中不同干燥过程的侵入压值比较接近,与干燥过程的初始水饱和度无关;而干燥或湿润过程的S-p关系曲线和滞后程度则与其初始水饱和度密切相关.在特定的干燥和湿润循环过程中,初始水饱和度大小对空气剩余饱和度的值影响不大,用于预测非湿润相流体剩余饱和度的Land的假设需要修正.本研究结果对进一步研究水位波动条件下地下有机污染物运移具有借鉴作用,可为修正NAPL Simulator 提供实验依据.     

储层物性参数对CO_2长期封存能力的影响研究

为系统研究储层物性参数对CO_2捕集机制的影响,根据鄂尔多斯盆地神华10万t/a CCS示范工程实际注入层的地质条件,运用TOUGHREACT软件建立了二维径向模型,探讨了温度、孔隙度、储层厚度、储层渗透率、残余水饱和度、压力、残余气饱和度、初始盐度、毛细压力和储层非均质性等储层物性参数对CO_2长期封存能力的影响。结果表明:温度、孔隙度、储层厚度、储层渗透率是影响CO_2矿物捕集量的主要控制因素;高毛细压力较低毛细压力使CO_2羽的分布更为均匀,有利于CO_2的矿物捕集。通过计算CO_2矿物捕集量对储层各物性参数的平均敏感度,评估了实际储层的CO_2矿物捕集能力,可为CCS实际工程的适宜性评价和选址提供科学依据。     

NAPLs污染物指进锋面形态的指间距离预测

选取4种不同性质的NAPLs(非水相流体)污染物,分别应用分形维数方法和毛细压力函数方法对NAPLs迁移过程中有效界面张力和指进过程中指间距离的大小进行预测,同时建立二维可视化砂箱模型,模拟污染物在多孔介质中的非稳态指进迁移过程,获得指进迁移形态影像75幅. 结果表明,与试验观测值比较,对于相同迁移过程中的指间距离,毛细压力函数方法预测误差绝对值介于1%~93%,分形维数方法预测误差绝对值介于2%~25%,分形维数方法的预测误差小于毛细压力函数方法. 毛细压力函数方法对指间距离的预测随着NAPLs密度的增加而增大,对DNAPLs(重非水相流体)的预测误差明显增加,更适用于预测密度与水的密度相差不大的物质;分形维数方法的预测值与观测值呈显著线性相关(R2=0.957),相比于传统毛细压力函数方法,分形维数方法对指间距离的预测更准确,更适合用来预测不同密度NAPLs污染物的指进距离参数.      

包气带水、气和油三相相对渗透率研究进展

三相相对渗透率对于油在土壤中运移规律的研究起着至关重要的作用。从多相流动的角度分析并总结了三相相对渗透率的理论研究、模型研究以及实验研究的方法和成果；在讨论已有研究中存在问题的基础上，提出了该领域需要进一步研究的具体问题。     

低渗透介质中轻非水相流体迁移转化规律

本文利用COMSOL软件建立轻非水相流体（LNAPL）纵向迁移转化模型,采用有限单元法进行求解,预测污染物分布规律,并利用局部分析法进行参数敏感性分析.结果表明,大部分LNAPL会在水面以上聚集形成高的质量分布峰值区域,少部分克服毛细压力向下迁移,在自由相迁移范围内,其溶解相浓度达到或接近饱和溶解度;当顶部污染源消失后,降水会使最大饱和度和浓度出现的深度逐渐下移;多孔介质中的低渗透镜体会使污染物垂向入渗受阻,在其表面聚积形成污染池;渗透系数是控制LNAPL纵向迁移速度及饱和度分布的关键参数.     

水环境两相分层流数值模拟

以研究水环境两相分层流精细预报模型为目标,广泛地涉及了两相湍流精细模拟的理论和方法。用Eulerian坐标系中多流体模型统一描述两相各自的运动,并分别对两相本分的湍流输运观作以及地相间互作规律进计模拟,建立了水环境两相分层流的双流体模型对包含有浮力和密度分层的两相湍流进行了数值模拟,计算结正确地反映了分层及紊动特征,与实测结果吻合较好     

多孔介质中NAPLs流体毛细管指进形态及分形表征

非水相流体(non-aqueous phase liquids,NAPLs)如石油烃类和有机溶剂类污染土壤和地下水引起了广泛关注.不同粒径多孔介质中不同性质流体入渗形态的识别是确定污染范围、有效修复土壤和地下水的前提.本研究选取不同性质的4种NAPLs流体,建立可视化砂箱模型,比较4种流体在不同粒径石英砂中指流形态差异,并引入分形理论对迁移形态进行定量描述.结果表明,NAPLs流体指进过程属于毛细管指进,主要驱动力为毛细力;同种污染物或同一黏度数量级污染物之间指流宽度和渗流面积变化趋势与毛细管数和邦德数变化趋势呈负相关;指流宽度和渗流面积随着介质粒径的减小和流体黏度的增大而增加;指流宽度和渗流面积与渗流面的质量分形维数呈正相关,质量分形维数可以作为指流宽度和渗流面积的指示指标.     

内循环流化床光催化反应器的数值模拟与结构优化

设计了一种新型三相内循环流化床光催化反应器并采用气、液两相模拟方法对其进行了结构优化.依据模拟结果,明确了挡板的位置、长度、底部曝气面积等因素对反应器流体行为的影响.结果表明,最优反应器升、降流区横截面积比为1:1,挡板距反应器底部的距离为0.175m,挡板顶部与沉降区底部持平,底部曝气面积为升流区面积的1.2倍.将该反应器进行三相数值模拟,模拟结果表明,固相催化剂在反应器内能够很好地流化,反应器内无明显的死区,其固液分界面低于气液分界面,沉降区能够发挥很好的固液分离效果.     

表面活性剂强化空气扰动修复中不同介质曝气流量作用及变化规律

采用填装中砂(0.25~0.5mm)、粗砂#1(0.5~1.0mm)、粗砂#2(1.0~2.0mm)的一维砂柱,研究了气流在孔道流和鼓泡流运行方式下,原位空气扰动(AS)技术中曝气流量与空气饱和度和曝气压力的关系,以及添加表面活性剂后的关系变化,并探讨了在中砂介质中表面活性剂的添加对苯污染物去除效率的影响,结果表明:在同一种粒径中,空气饱和度随着曝气流量的升高而增大,最后趋于平稳;相同的曝气流量下,AS技术在地下水中空气饱和度与介质粒径呈负相关关系,而在表面活性剂(SDBS)浓度为200mg/L的地下水中空气饱和度与介质粒径呈正相关关系;这说明AS技术在地下水的修复过程中较粗的介质往往需要较大的曝气流量,而表面活性剂的添加,则可以有效的改变这种情况.曝气压力随着气体流量的上升而线性增加,线性方程的斜率与介质粒径呈负相关关系.当介质粒径为0.5~1.0mm时,在一定表面张力范围内表面张力与空气饱和度呈反比关系,当表面张力大于49m N/m时空气饱和度趋于稳定.当介质粒径为0.25~0.5mm时,表面活性剂的添加可以有效的提高苯污染物的去除效率.     

二次流原理在水处理沉降设备中的应用研究

在固液两相流体中，二次流对微细颗粒的沉降比重力或离心力更有效。设计满足二次流场参数的几何边界条件是研制高效沉降设备的重要保证。     

深部咸水层超临界CO2灌注毛细压力对盐沉淀的影响

以江汉盆地江陵凹陷高盐度卤水层为例,采用数值模拟的方法研究了超临界CO2灌注到深部咸水层中毛细压力对盐沉淀的影响及其机理。结果表明:低毛细压力作用下,岩盐固体饱和度与盐度存在着显著的线性关系,高毛细压力作用下,盐度不再是控制岩盐沉淀量的主导因素,即便是较低的盐度也会造成盐沉淀的严重积累,直至完全堵塞孔喉;通过液体流速曲线分段解析,发现较高的毛细压力虽会提高滞留咸水量,但持续的咸水回流对注入性严重受损起着致命作用;另外,盐沉淀还受到注入速率的控制,随CO2注入速率的增加而降低,因此以较高的速率注入CO2可有效缓解盐沉淀的影响。     

阿拉斯加东南部朱诺金矿带脉金矿床的成因

沿朱诺金矿带分布的中温热液含金石英脉矿床，是早第三纪由低金度、富H2O－CO2（±N2、H2S、CH4），温度为200～325℃，压力超过（1～1．5）×108Pa的流体形成的。同位素重的成矿流体，其δ18O为＋8‰～＋12‰，δD值为－20‰～－30‰，表明为深部流体源。这些数据与阿拉斯加南部大陆边缘下面的俯冲物质经过变质去挥发份作用形成成矿流体的模式一致。进变质流体渗入由于海岸山脉巨型区域断裂线而提高了渗透性的区域，然后在更高的退变质地壳层位的脆弱带形成含金脉。金的沉淀，是由包括沸腾、流体－围岩反应，以及热液流体的温度、压力下降等几种机制完成的。     

填料塔内部流场数值模拟

利用CFD方法模拟了三相填料塔内部流场的速度分布。采用欧拉—欧拉多相流模型描述流场内固体及流体的运动情况。通过5种不同高径比填料塔的模拟结果表明，当高径比〉8时，可将填料塔看作理想的平推流，为填料塔设计提供了设计依据。     

苏州河水的黑臭现象研究

通过对苏州河上海段３００ｋｍ＾２水域范围的实际观测试验，研究了苏州河出现黑臭现象的规律。讨论了河流中的有机污染物（ＣＯＤ、ＢＯＤ、ＮＨ３－Ｎ），溶解氧和水温对河水黑臭的影响定量关系，并应用多因子系数，建立了水质黑臭指数关系式，经过实测进行了验证，结果表明，应用所建立的黑臭指数关系式对苏州河沿程水质进行评价，其正确率可达９７％。     

三相生物流经床膨胀特性方程的研究

研究建立了描写三相生物汉化床层膨胀特性的经验关联式，当已知床内表现液速，表观气速和载体上生物膜厚度时，能比较准确地预测层膨胀高度，为设计提供依据，与以往不同的是，本研究通过等效函数的设置和求解，用一个方程将两相床和三相床的膨胀特性描述出来，该方程能反映了三相床低气速下的床层收缩行为，在气速为零时可还原为两相床，试验用反应器直径１．４ｍ，高６．５ｍ载体为０．３－０．５ｍｍ的石英砂，射流曝气体内充氧，     

再入飞行器振动环境工程预示方法

目的为再入飞行器振动环境设计提供方法支撑,并为结构设计和地面环境试验条件制定提供载荷输入。方法分析再入飞行器振动环境主要特征及其诱导因素,结合飞行试验实测振动数据研究小攻角对飞行振动环境的影响规律,辨识出脉动压力与动压、马赫数以及攻角的关系式。在传统脉动压力预测方法基础上,建立涉及攻角影响的再入飞行均方根脉动压力预测模型,并给出再入振动环境工程预示方法。结果构建模型计算的脉动压力变化趋势与实测振动量值变化趋势基本一致,辨识出来的脉动压力与攻角、动压以及马赫数之间的关系式是基本合理的。结论基于实测数据及脉动压力特性建立了再入飞行器振动环境工程预示模型,结合实测振动数据和气动载荷数据可预测出再入飞行器振动环境,能够实现再入飞行器振动环境载荷的精细化设计,并为结构设计提供载荷输入。     

扬水曝气器曝气室提水性能模型应用研究

文章根据扬水曝气器曝气室的流体特性,在曝气室内气-液两相流体所受推动力和曳力平衡条件下,建立了一维两相流提水性能模型,并应用于同温层曝气器流体运动特性的模拟预测。结果表明:模型对同温层曝气器上升段气含率的估计值与实测值之间的误差限为±10%,对流体表观上升速度的误差限为±20%。这说明提水性能模型对同温层曝气器的流体特性模拟具有很强的适用性。     

CO_2流体相在紫苏花岗岩形成中的作用

紫苏花岗岩是产在麻拉岩相地体中的一种含有紫苏辉石的特殊花岗岩。与一般花岗岩相比较，它的形成条件除具有高温（750～1000℃）、中高压（（6～12）×108Pa）外，更重要的是具有贫H2O富CO2流体相的特征。紫苏花岗岩矿物中大量的贫H2O富CO2高温液态包裹体的存在肯定了这一事实。五相体系Mg2SiO4－KAlSiO4－SiO2－H2O-CO2中富SiO2部分的部分熔融实验表明，在高温条件下，（750°～1200℃），其高CO2／H2O比值的体系在低压下（＜3×108Pa）熔出的熔体成分类似于一般花岗岩成分；高压下（（8～15）×108Pa），则熔出类似紫苏花岗岩成分的熔体。该体系在富CO2流体时，当温度超过1000℃，压力大于15×108Pa也熔出类似紫苏花岗岩的熔体。