昆明市水资源承载力系统动力学模拟

针对昆明市水资源短缺的现状和水资源系统所具有的复杂系统特征,在综合考虑水资源需求、水资源供给、污水再生利用、外地供水、缺水程度的影响等因素的情况下,利用系统动力学(SD)方法建立了昆明市水资源承载力SD模型,在现状延续型、经济发展型、资源节约型、环境友好型和协调发展型5种方案下模拟2015～2030年昆明市水资源承载能力的动态变化,寻求提高昆明市水资源承载力的途径。结果表明:现状延续型用水模式出现十分严重的水资源匮乏问题,水资源承载能力很容易达到极限承载值,不能实现昆明市资源环境与社会经济的可持续发展;经济发展型模式虽然提高了经济水平,但是加剧了生态环境污染和缺水问题,供需比低至0.25;采用资源节约型或环境友好型模式,虽然可以适当缓解生态环境污染及缺水问题,但是随着时间的推移,缺水现象依然严峻;而在建设资源节约型或环境友好型社会的前提下,适当减缓城市发展规模增速,实施水资源集约利用、污水处理再生和加强外地供水的协调发展型方案可以实现昆明市水资源的供需平衡,资源环境与社会经济可持续发展,为5种方案中的最优方案。     

筛板脱硫塔气液流动及运行参数的影响分析

基于筛板式脱硫喷淋塔的结构特点,研究了烟气流速、浆液循环量、液滴粒径和喷嘴形式对雾滴携带特性、筛板的整流效果、系统压损的影响。结果表明,烟气流速增加到3.6 m/s,液滴被携带的作用明显增加,烟气流速增加,除雾器入口的雾滴浓度明显增加,系统压损增大;而循环量对1 300μm雾滴携带没有明显影响,循环量增加,系统和整流层的压损明显增大;液滴粒径越小,其携带作用越弱,1 300μm以上液滴几乎没有被携带出脱硫吸收塔,而800μm以下液滴携带作用明显增强。液滴分级粒径由50μm增加到1 900μm,其系统压损由2 349 Pa降到975 Pa,除雾器段压损由361 Pa降到67 Pa,液滴粒径对塔内系统压损影响较大。对安装有五层喷淋层的吸收塔,在四层以上安装双向双头喷嘴对除雾器入口的雾滴浓度有明显增加,而三层以下是否安装对雾滴携带无明显作用,同时其携带作用增强,筛板的整流效果减弱。     

芭蕉湖-南湖连通工程的连通性评价

江湖水系连通是改善水环境、修复水生态和提高人居环境的重要措施,但有关城市内湖水系连通工程的动态连通性定量评价不够完善。基于岳阳城区芭蕉湖-南湖连通工程方案,从长江引水至芭蕉湖通过王家河流域新开挖河道自流至南湖,以改善王家河和南湖水质状况与修复水生态功能。采用MIKE21水动力模型分别模拟汛期和非汛期时6、12和24 m~3/s的流量条件下,南湖出口最低控制水位为25.86 m和26.06 m的12种工况,分析不同引水条件下两湖的连通性,并提出一个定量评价指标。结果表明:引水初期流量取24 m~3/s和控制南湖出口最低水位为25.86 m时,汛期和非汛期连通性均达最佳状态,此时换水周期分别缩短至5.59、5.17 d。从连通性指数的变化来看,"引江济湖"和"两湖连通"增强了水系连通性,可提高水体自循环能力。     

风筒出口至迎头距离对流场分布的影响

为考察风筒出口至迎头距离对掘进巷道流场分布的影响,利用Fluent软件模拟研究了风筒出口至迎头不同距离下的掘进巷道流场分布情况。结果表明,风筒出口至迎头不同距离下的瓦斯及粉尘浓度分布规律基本一致,均在风筒出口处较低,在迎头及巷道底板处较大,在迎头端底板处达到最大值。随着风筒出口至迎头距离的增大,靠近迎头区域处瓦斯及粉尘浓度均得以降低,但远离迎头处的瓦斯及粉尘浓度则有所增大。风筒出口不宜距迎头过远,也不可过近,过远会导致迎头处瓦斯超限,过近则会增大粉尘弥漫范围,不利于现场工人作业。     

金属丝网对甲烷/空气预混火焰管道内传播的影响

为研究管道内金属丝网对甲烷/空气预混火焰传播的影响，通过实验和三维数值模拟研究安装金属丝网的管道内火焰传播特性以及流场、温度场的变化。结果表明:40目4层的金属丝网可以使火焰淬熄，30目4层的金属丝网无法淬熄，但可以使火焰停滞3 ms；大涡模型可以很好地对管道内火焰淬熄现象进行模拟；当火焰穿过30目4层金属丝网时，速度增大，在Kelvin Helmholtz不稳定和Rayleigh Taylor不稳定的耦合作用下形成湍流；金属丝网的目数会影响热量在丝网层中的扩散，当金属丝网为30目4层时，火焰热量扩散快，而当金属丝网为40目4层时，火焰热量扩散慢且温度大幅度衰减，衰减率达到83%。     

改性土-膨润土阻隔墙阻控离子型稀土矿氨氮污染

以土-膨润土为阻隔材料,使用硅灰及水泥对其进行固化改性,研究改性后阻隔墙对离子型稀土矿原地浸矿氨氮污染的阻控效果。通过了解阻隔墙材料的渗透性能、力学性能,并结合阻隔材料对氨氮的吸附效果、穿透效果和数值模拟结果,探讨改性土-膨润土阻隔材料对氨氮污染的阻控性能。结果表明:硅灰改性土-膨润土阻隔材料,最佳质量配比为硅灰∶土=1∶10,最佳含水率为67.80%;改性阻隔材料生成的铝硅酸盐提高了阻隔墙防渗性能,渗透系数为2.36×10~(-9) m·s~(-1);CaCO_3提高了材料的力学性能,使抗压强度达到0.896 MPa;改性阻隔材料对氨氮的吸附过程符合准二级动力学模型及Langmuir等温模型。这说明该吸附过程以化学吸附为主,并且该吸附是放热过程。在不同氨氮浓度的穿透下,渗透系数呈逐渐减小的趋势,实验期间并未达到穿透浓度。利用Visual MODFLOW数值模型对阻隔墙的阻控效果进行模拟发现,7 300 d后NH_4~+扩散范围小,未穿透阻隔墙。硅灰改性土-膨润土阻隔墙用于对离子型稀土矿氨氮污染阻控的效果较好。     

东北某企业地下水中挥发酚运移模拟

以东北某化工企业为主要研究对象，对该区域内的地下水进行了调查。作为典型案例，通过对该 场地区域内地下水的调查研究，分析其地下水中挥发酚类物质对环境的影响，在此基础上建立地下水数值模 型，预测挥发酚类物质的迁移程度。结果表明：该场地区域内地下水中污染物主要为挥发酚类物质；通过对厂 区内10a的溶质运移模拟，对比1,5,10a后的挥发酚分布情况，场地内的挥发酚并不会影响到下游流域；10a后，挥发酚的浓度集中在0.002～0.1mg/L，较现阶段发生了明显的降解效应。     

基于ALOHA软件的某化工厂选址合理性评估

为了研究化工厂选址的合理性,以山东省某化工厂为例,采用ALOHA(有害大气空中定位软件)模拟软件定量确定厂区内环氧乙烷毒气扩散事故的影响区域和敏感点毒气浓度,结合GoogleEarth地图对影响范围进行实地拟合。结果表明化工厂的环氧乙烷储罐泄漏后,毒气扩散到厂区范围之外,毒气浓度在50~500ppm之间的重伤区(ERPG-2)扩散距离可达1.7km,对周围居民的人身安全构成严重威胁;厂区应根据拟合结果重新规划工厂中环氧乙烷储罐的位置;ALOHA软件对化工厂选址评价提供了新的手段。     

基于数值模拟的SCR脱硝反应器流场优化

为优化选择性催化还原(SCR)脱硝反应器的流场，采用了组合优化方案；在反应器入口处设置多孔板，在反应器内部设置渐扩口式、格栅式、弧板式共三种导流板；采用计算流体力学(CFD)进行数值模拟获得反应器内部流场，进行对比研究。研究发现：多孔板孔距与孔径比为1.2时，压降较小且能获得较好的流场均布性能；基于反应器结构特点设计的导流板能获得较好的优化效果；催化剂具有流场均布能力，催化剂多层布置可有效改善第一层之后的床层流场，但同时会增大压降；通过组合导流方案，第一层催化剂床层的流速相对标准偏差(RSD)从7.16%降为2.51%,并改善了湍动能的耗散。研究结果对SCR反应器的导流件设计具有一定指导意义。     

干/湿混法对中温SCR催化剂碱土金属中毒的影响

为探究碱土金属中毒规律以及中毒方法对中毒的影响,采用干混法和湿混法模拟CaO和MgO对商业催化剂的中毒过程。研究中毒后催化剂脱硝特性的改变及差异,并对催化剂中毒前后催化剂物理、化学性能变化进行探究。结果表明:湿混法模拟SCR催化剂中毒后脱硝效率的降低大于干混法;模拟中毒实验应该采用干混法;湿混法对于催化剂比表面积、孔径分布、表面V~(5+)含量以及化学吸附氧的不利影响强于干混法;CaO对催化剂脱硝效率的降低大于MgO。2种中毒方法的对比研究为延长催化剂寿命提供了理论依据。