多孔介质三相流中的毛细压力和相对渗透率

毛细压力，相对渗透率与饱和度的关系是求解多孔介质多相流运动方程的基础。三相流情况下，同时测定各相流体的饱和度，压力以及渗透率十分困难，所得数据未必可信，本文在各相流体相对湿润性次序确认的基础上，选用Ｂｒｏｏｋｓ－Ｃｏｒｅｙ的毛细压力－饱和度关系式，将两相流中实测的毛细压力－饱和度关系式推广到三相流中，从而可以方便地利用两相流的实测结果来得到三相流情况下的毛细压力与饱和度的关系。     

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.     

水体扰动条件下物质在沉积介质中的迁移

为了研究在上覆水体扰动条件下物质在沉积介质中的迁移,本实验建立了简单的沉积物再悬浮发生装置,并分别利用不同粒径大小的沙粒作为均质沉积物,同时利用500μg·cm-3的溶解性罗丹明B作为示踪剂,观察在紊流扰动条件下物质在不同的均匀沉积介质中的迁移情况.结果表明,在粒径不同的各类沉积介质中,由于不同颗粒的孔隙度、渗透率不同,在各沉积介质中形成的孔隙水压力差产生了孔隙水对流现象,从而导致了物质在多孔介质中发生垂向或水平迁移,并且其平均迁移速度受到染色剂的埋深和多孔介质的粒径大小的影响.而在均匀的沉积层中,200 r·min-1的扰动主要影响各沉积介质中物质的垂向迁移,并且当适当增加介质的粒径时,这种垂向对流迁移现象相对增强.     

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.     

4种NAPLs污染物在二维砂箱中的指进锋面形态特征研究

为明确介质和流体性质等因素对非水相液体(NAPLs)在多孔介质中入渗迁移的影响,利用数码图像分析技术对甲苯、柴油、1,2-二氯乙烷和四氯乙烯这4种NAPLs在4种不同粒径多孔介质中的非饱和入渗特性进行了实验研究.结果表明,数码图像分析技术能够动态、全过程记录NAPLs的迁移锋面;NAPLs在驱替气体过程中会出现指进形式的不稳定流;指进生长过程中出现分叉、合并和屏蔽等现象;NAPLs的迁移特性受介质性质和流体特性的共同影响,入渗过程中垂向上的迁移速率和污染面积增长率与介质粒径大小呈正相关,与流体密度呈正相关(甲苯除外),入渗过程中形成的指进与介质和流体本身性质也密切相关.相同时间内,DNAPL相较于LNAPL入渗的距离更深,造成的污染面积更大,其环境风险明显大于LNAPL.     

纳米乳化油缓解多孔介质渗透性损失的实验研究

为有效缓解乳化油在原位修复地下水污染过程中所产生的堵塞及修复效率降低的问题,采用升温相转变技术手段,制备纳米乳化油.并采用一维柱实验,开展微米及纳米乳化油在多孔介质中的迁移研究,对比分析微米及纳米乳化油造成多孔介质的渗透性损失、在多孔介质中的截留比率及迁移距离等问题,探究纳米乳化油缓解多孔介质渗透性损失的效果.实验结果显示,微米及纳米乳化油所导致的中砂介质渗透性损失分别为20.40%和3.20%,乳化油截留比率分别为28.51%和20.15%.由此可见,乳化油截留是多孔介质渗透性损失的重要原因,减小乳化油粒径可有效缓解多孔介质的渗透性损失.与微米乳化油相比,纳米乳化油有效降低中、细砂介质渗透性损失84.3%和47.5%.此外,乳化油截留对多孔介质渗透性损失的影响在一定程度上也影响到其在多孔介质中的迁移距离,微米及纳米乳化油在中砂介质中的迁移距离分别为6.53 m和8.19 m.相比之下,纳米乳化油所导致的细砂介质渗透性损失为10.70%,截留比率为25.71%,迁移距离为7.36 m,说明纳米乳化油迁移效果更佳,可适用介质范围更广.     

饱和多孔介质中胶体运移模拟方法研究进展

阐述了国内外针对胶体在饱和多孔介质中运移模拟方法的研究进展：胶体在多孔介质中由于对流和弥散作用发生运移,而由于表面沉积和筛滤作用滞留在多孔介质中,通常采用含有滞留项的对流弥散方程对胶体的运移行为进行宏观描述,并通过拟合得到胶体运移和滞留的宏观参数,但是对流弥散方程是对试验曲线的宏观描述,无法解释其背后的微观机理;胶体的运移和滞留作用由胶体的微观受力决定,包括胶体在水中的布朗运动和有效重力,胶体-胶体/胶体-固相表面之间的相互作用以及流场作用在胶体上的力3个部分;为了实现从微观受力到宏观参数的升尺度计算,研究者们提出了胶体过滤理论及其后续的修正方法对沉积速率等宏观参数进行预测,然而现有方法通常基于简化的流场,忽略了多孔介质复杂孔隙结构和表面特性的影响;孔隙结构模型是多孔介质孔隙结构的简化模型,基于该模型能够从胶体在多孔介质中的微观力学分析出发,预测胶体的宏观运移行为,然而已有研究中尚未全面的考虑胶体在多孔介质中运移和滞留的多种作用.本文总结了该领域待解决的问题,包括建立考虑微观机理的对流弥散方程,发展考虑多孔介质孔隙结构的胶体过滤理论以及完善基于孔隙结构模型的胶体运移模拟方法.     

微生物在多孔介质中环境行为研究

多孔介质中的致病细菌及病毒等病原微生物迁移研究对保护饮用水资源具有重要意义.在归纳总结国内外已有研究资料的基础上,对微生物在多孔介质中迁移行为进行了分析.研究表明病原微生物作为生物胶体的一种,在迁移过程中受多种迁移机制共同作用.除常见水动力条件和水化学条件外,微生物在迁移过程中还受自身性质,介质颗粒及环境因素的影响.在此基础上,分别讨论了微生物在饱和多孔介质与非饱和多孔介质中的迁移行为,并对近年来研究热点及进展进行了简要概括.目前微生物在地下水中迁移研究日益丰富,但由于地下环境复杂性,微生物的易变异性,对于地下水系统中微生物造成的污染去除修复还需进一步探讨.     

CaO微观孔隙结构及气固扩散传质硫化模型

常压、常规空气气氛煅烧CaCO3,利用扫描电镜和N2吸附仪对860℃煅烧产物CaO的孔隙结构进行试验,研究了煅烧温度、升温速率和停留时间对CaO孔隙结构分形维数的影响;深入到CaO非线性孔隙结构中,根据吸附通道孔隙连通系数结合前人提出的适合多孔固体吸附气体的分形经验公式,提出了一个修正的多孔介质吸附的分形表达式,改进了硫化反应中SO2吸附量的计算表达式。     

带坞舱船舶尾舱消浪装置消浪性能研究

目的 带坞舱船舶尾部具有与外界连通的自由液面,由于船舶运动会在坞舱内产生波浪,形成有害的波浪砰击,影响舱内装备的正常作业。针对这一问题,系统地对带坞舱船舶尾舱内的消浪方案进行模拟与优化,提出一套具有良好消浪性能的消浪装置方案。方法 以荷兰皇家海军两栖运输船为目标进行三维建模,使用CFD方法对其进行不同波浪下船舶响应模拟和分析,监测船舶的运动响应和舱内多个监测点的波高情况,使用多孔挡板为基础,给出一套消浪装置,并进行带有消浪装置方案的船舶响应模拟,评估该消浪装置方案的消浪性能。结果 对舱内首端和侧壁布置多孔板消浪装置,消浪效果可达40%~50%,验证了该消浪装置的可行性。结论 采用多孔介质区域模型对带有多孔介质消浪装置的整船进行数值模拟,在计算效率远高于对实际物理模型建模的同时,可以得到较好的消浪效果。     

不锈钢在聚甲醛装置模拟介质中的腐蚀行为

目的筛选更为先进的聚甲醛装置升级改造用钢,研究316L,904L和2507不锈钢在聚甲醛装置模拟介质中的腐蚀行为。方法在模拟介质中对这三种不锈钢进行全浸试验,利用动电位极化技术测定它们的点蚀电位,并观察、分析腐蚀形貌和腐蚀产物。结果模拟介质中,316L不锈钢发生点腐蚀和成分选择性腐蚀,腐蚀产物主要为Fe-Cr铁素体相和Fe2O3赤铁矿相。结论904L不锈钢的腐蚀速率和点蚀敏感性均明显优于316L不锈钢,选用904L不锈钢将有助于提升聚甲醛装置的耐腐蚀性能。     

潜流人工湿地水动力学研究方法进展

人工湿地污染物去除的物理、化学和生物学机制是随水流在多孔介质中的迁移过程中发生的,水动力过程决定了废水(包括其中的污染物)和介质表面的接触程度及反应时间,并由此影响到水质净化效果。人工湿地水动力学的研究对于其优化设计、运行管理具有重要意义。综述了目前人工湿地水动力学研究的相关方法,包括:盐分示踪获得停留时间分布(residence time distribution,RTD)曲线的方法、染料示踪获得水流运移图像的方法,由RTD曲线进行水力效率评价的方法,以及水动力过程模拟的数学方法等。并对人工湿地水动力学的研究及其应用前景进行了展望。     

LNAPLs污染物在层状非均质多孔介质中的运移试验研究

文章通过室内试验研究层状非均质多孔介质中轻非水相液体(Light Non-Aqueous Phase Liquid,LNAPL)的运移机制与分布特性。首先,在二维砂槽上进行LNAPL的入渗试验,试验过程中用数码相机进行拍照,把LANPL的扩散过程以图像的形式记录下来;然后,用AutoCAD对图片进行分析处理,得出不同时刻LNAPL的入渗锋面变化图。结果发现,介质结构突变面改变了LNAPL的迁移模式。在LNAPL由中砂进入细砂层后,由于受到毛细作用的增强,其运移速度加快;而由中砂进入粗砂,受粗砂介质阻滞作用增强的影响,LNAPL运移速度变小。当LNAPL由干砂进入湿润砂体时,由于孔隙水浮托力增大,LNAPL先产生纵向运移,随后以横向迁移的形式在地下水位上部聚积。当达到一定厚度后,LNAPL的压头足以克服浮托力,驱替孔隙水进入砂土孔隙。另外,LNAPL的厚度足够大时,方可克服饱水层受到的浮托力,在地下水位上形成LNAPL池,并因孔隙水向周围砂体排泄,LNAPL池周围的水位上升。     

加气浮选器(GFU)喷嘴改造对收油率的提升

本文通过对加气浮选器(GFU)溶气装置喷射泵喷嘴的改进设计从而提高进入溶气装置内两相流的紊动、混合、扩散性能从而提高两相介质在溶气装置内充分传质传热,而提高加气浮选器的收油率。     

脉冲放电条件下用高炉煤气洗涤水脱硫的研究

采用自行设计的针-针式电极结构的等离子体反应器装置,在脉冲电晕放电作用下利用武汉钢铁(集团)公司2#焦炉的高炉煤气洗涤水进行了烟气脱硫模拟试验,考察了喷淋水种类、循环次数、液气比、电压峰值对SO2去除效果的影响,并对脱硫的产物进行了分析;考察了脉冲放电、SO2对氰化物去除效果的影响.研究结果表明:高炉煤气洗涤水具有较好...     

太阳能电池直接分解水得到氢气

草木和藻类,甚至细菌和苔藓都可以利用太阳光分解水得到氢气,科学家却经历了一个艰苦的时期才找到把太阳光转化为有用燃料的方法。目前,宾夕法尼亚州立大学的研究人员开发了一个理论上可行的装置,它能分解水并产生可再生氢气。     

基于CFD分析汽车三元催化器

应用Solid Works软件的Flow Simulation插件对一款典型的汽车排气管三元催化器进行计算流体动力学(CFD)分析,设计了2个CFD项目:1)催化体为各向同性的多孔介质;2)催化体为单向的多孔介质。通过CFD模拟仿真,获得在相同边界条件下,2种CFD项目不同的速度场及压力场;预测了两种催化体的背压、直观地观察到催化体内流体的分布,间接反映出2种催化体对汽车尾气的净化效率,以便在实际中,对不同排放要求的车型,选择合适的催化体。     

基于孔隙网络模型的表面活性剂去除LNAPLs作用力分析

通过多孔介质网络模型试验,并采用可视化技术研究了可溶相液体注入条件下轻质非水相污染物(Light non-aqueous phase liquids,LNAPLs)去除过程中多孔介质孔隙内毛细力和粘滞力的作用机理.实验和理论分析发现,可溶相液体去除孔隙内正十六烷在第一阶段(0～17823s)去除率为40%～50%,第二阶段(17823s之后)去除率为80%～95%,即正十六烷残余饱和度5%～20%;Triton X-100溶液可以大大降低多孔介质孔隙中LNAPLs的残余饱和度,最终正十六烷残留量为4.4%,是蒸馏水注入过程中正十六烷残留量的22.3%.蒸馏水注入过程中的毛细力比1100mg·L-1Triton X-100溶液驱替NAPLs的毛细力大1个数量级,使得该毛细数位于毛细指进区(logNCa∈10-4),多孔介质内所有滞留的NAPLs保持静止.多孔介质内NAPLs主要被驱替去除;毛细数小的蒸馏水注入条件下,更多的NAPLs滞留在孔隙内;注人液在孔隙内流动溶解了部分NAPLs,导致NAPLs残余饱和度小于孔隙内由于毛细作用滞留的NAPLs初始饱和度.     

多孔介质中微生物生长与衰亡过程介观分析

采用LBM-IBM耦合方法模拟多孔介质中流场,应用细胞自动机模型模拟多孔介质表面微生物生长衰亡过程,在介观层面上揭示生物堵塞的动态发展过程及其造成多孔介质渗透性能改变的本质。研究发现:当营养物入口浓度增加100%时,30 h内相对渗透率衰减增加6.25%~45.5%;且生物堵塞存在淤堵临界时刻,随着营养物入口浓度增加而提前。不同条件下,多孔介质渗透性能均呈不同程度的下降趋势,多孔介质内生物堵塞在空间分布上均呈明显的不均匀性。生物增长具有浓度趋向性,局部孔隙内微生物生长衰亡行为决定了多孔介质的堵塞程度,但部分生物的衰亡不会改变多孔介质整体渗透性能的下降趋势。温度升高25%,多孔介质相对渗透率衰减最高可增加5倍以上,且不同位置生物堵塞对温度的敏感度存在显著差异。     

生物膜对饱和多孔介质渗透性影响的实验和模型研究

为了解微生物生长过程中生物堵塞对二维饱和多孔介质渗透性的影响,采用C190石英砂箱(55 cm×45 cm×1.28 cm)进行室内渗流实验,研究混合菌群KB-1在充足营养源条件下的生长情况及生物膜对饱和多孔介质渗透性的影响.实验监测了砂箱水溶液中悬浮生物量及颗粒表面附着生物量,利用共焦激光扫描技术观测了颗粒表面形成的...