高压CO2管道泄漏的瞬态行为数值研究

作为碳捕捉与封存(CCS)技术中重要的一环,高压CO2管道运输过程中极有可能发生破裂事故,导致CO2的大规模泄漏,进而对周围造成一定的危害.针对CO2管道泄漏的瞬态过程准确预测问题,利用用户自定义函数(UDF)和用户自定义真实气体模型(UDRGM),将Span-Wagner状态方程和Lee相变模型嵌入Fluent求解器中,建立了非平衡相变数值模型.并通过与相关试验数据进行对比分析验证了该模型的准确性.在此基础上,进一步分析了小尺度泄漏模型的瞬态行为.结果 表明:泄漏发生后形成的两相流加速膨胀形成马赫盘结构;出口质量流量迅速上升到32.5 kg/s,然后慢慢增加到35 kg/s左右,随后保持稳定;射流区域的温度低于环境温度,在10 ms内的最低温度接近254 K.     

不同种养结合区农田系统氮磷平衡分析

山东禹城和湖南桃源是位于我国不同地区均以种养生产为主的两个县(市),根据养分平衡原理对这两个县级区域尺度的农田系统氮、磷收支状况进行了计算分析,结果表明:自1980年以来,单位面积耕地上氮磷的输入量与输出量均表现为不断增加,但是,因为输入增长高于输出增长,导致农田系统产生较多氮磷养分盈余,两个地区存在明显差异。禹城农田系统氮磷盈余量呈逐年增长趋势,氮盈余量从133.8 kgN·hm^-2增加到目前的450 kgN·hm^-2以上,磷盈余量从6.2 kgP₂O₅·hm^-2增加到目前的148.9 kgP₂O₅·hm^-2;在其11个乡镇中有10个表现为氮盈余、9个表现为磷盈余,其中氮盈余量最多的高达841.8 kgN·hm^-2,磷盈余量最多的达到297.8 kgP₂O₅·hm^-2。桃源农田系统氮磷盈余量表现为先增后降,氮盈余量从100 kgN·hm^-2左右增加到2002年达到峰值253.7 kgN·hm^-2后,逐渐下降到目前的150.0 kgN·hm^-2左右,磷盈余量从20.0 kgP₂O₅·hm^-2左右增加到2002年的峰值95.9 kgP₂O₅·hm^-2后,下降到目前的34.4 kgP₂O₅·hm^-2;在其40个乡镇中有36个表现为氮盈余、26个表现为磷盈余,其中氮盈余量最高的达到561.7 kgN·hm^-2,磷盈余量最高的为171.1 kgP₂O₅·hm^-2。农田系统氮磷养分大量盈余主要是源于投入化肥量和承载粪便量较高,山东禹城明显高于湖南桃源,所以,为了减少养分盈余损失,应根据农田作物生长养分需求尽可能地减少化肥投入,并根据耕地粪便承载容量在区域内外合理调配畜禽粪便的施用。     

聚合物强化超滤技术分离Hg2+和Cd2+的研究

以聚丙烯酸钠为络合剂,研究Hg2+和Cd2+混合溶液的络合超滤分离行为.考察了pH值、负载比(LR)及外加盐浓度对混合体系分离的影响.结果表明,当pH值从5增大到7.5时,2种离子分离系数(S)逐渐下降,最适pH值为5;当LR从0.01增大到2时,S逐渐升高到最大值,此后迅速降低,LR=1.5时S达到最大值;Na2SO4的加入影响S值.控制混合溶液pH=5及LR=1.5,当体积浓缩因子为15时,截留液汞浓度(Cr, Hg)从30mg/L线性递增至444.9mg/L,截留液镉浓度(Cr, Cd)仅从30mg/L升高至35.4mg/L,S值约为227.浓缩液随着洗涤水体积增大,Cr, Hg基本不变,而Cr, Cd下降至5.24mg/L.收集各渗透液,调整至pH=6及LR=0.033予以浓缩,浓缩13倍时,Cr, Cd从27.37mg/L升高到354.7mg/L.     

宁波市环境空气中PM10和PM2.5来源解析

2010年在宁波3个环境受体点采集不同季节的PM10和PM2.5样品,同时采集颗粒物源类样品,分析它们的质量浓度及多种无机元素、水溶性离子和碳等组分的含量.采用OC/EC最小比值法确定了SOC(二次有机碳)对PM10和PM2.5的贡献,据此重新构建了受体化学成分谱.使用化学质量平衡模型对宁波市区的PM10和PM2.5来源进行了解析.结果表明:城市扬尘、煤烟尘、二次硫酸盐和机动车尾气尘是环境空气中PM10的主要来源,其分担率分别为23.0%、15.9%、13.3%和12.3%;对PM2.5有重要贡献的源类是城市扬尘、煤烟尘、二次硫酸盐、机动车尾气尘、二次硝酸盐和SOC,其分担率分别为19.9%、14.4%、16.9%、15.2%、9.78%和8.85%.      

水平衡模型及其在水价政策的应用

基于物质平衡模型,构建了经济系统水平衡模型及部门的水平衡模型,并利用水平衡模型核算A市工业和居民用水、排水的真实状况,评估水价政策的执行效果,以期为我国水价政策的制定、实施和完善提供参考.结果表明,循环用水具有节水和减排的双重效果:工业的用排比和无处理排水量远高于居民,A市工业水用排比是居民的2.9倍,工业无处理排水量是居民的3.6倍;对用水和排水监管不严,导致实际水费收入远低于应征水费收入.在2009年的水价标准下,A市少征收水费11802万元,有效的水价政策必须建立在严格监管的基础之上.     

Sb(Ⅲ)与腐殖酸络合特征

采用平衡透析法和D_om(浓度分配系数)研究土壤提取的HA(腐殖酸)与Sb(Ⅲ)的络合特征及作用机理. 结果表明:在Sb(Ⅲ)与HA络合过程中,4h左右透析管内外ρ〔Sb(Ⅲ)〕达到物理平衡,72h左右达到络合平衡状态. 当pH为4.0时,D_om最大达7.33L/g,Sb(Ⅲ)与HA络合能力最强;当pH为2.0~4.0时,Sb(Ⅲ)与HA的络合能力几乎不受pH影响;当pH为5.0~8.0时,Sb(Ⅲ)与HA的络合能力随着pH的增大而显著减小;当pH为4.0时,Sb(Ⅲ)与HA之间的络合能力随着HA溶液中ρ(DOC)的增加而加强. 红外光谱表征反应物的研究结果证明,HA与Sb(Ⅲ)的结合点主要发生在羧基和酚羟基之间.      

铜镉渣中Cd的生物浸出技术

以课题组分离纯化后的Bacillus spp.菌属为原始菌种,经扩大培养后用于浸出铜镉渣中的有价金属Cd,通过摇瓶实验考察浸出时间、矿浆浓度、培养基pH值及浸出温度对Cd浸出率的影响,并初步探索Bacillusspp.菌属浸出铜镉渣中有价金属的浸出机制.研究结果表明,该Bacillus spp.菌属能够有效浸出铜镉渣中的Cd,浸出效果受浸出时间、矿浆浓度、培养基pH及浸出温度的影响.最佳浸出条件为,浸出时间为5 d、矿浆浓度为4%、培养基pH为3、浸出温度为30℃;在最优条件下Cd浸出率高达99%;在最优浸出条件下对铜镉渣Zn也具有良好的浸出效果,浸出率可达95%以上,但对Pb、Cu、As等金属的浸出效果不佳.     

镉污染对红壤和潮土微生物的生态毒理效应

以土壤微生物生物量碳(Cmic)、土壤酶活性及微生物多样性为微生物学指标,以0.01mol·L-1CaCl2作为Cd有效态提取剂,以江西红壤和天津潮土为供试土壤,在室内25℃连续培养28d的条件下探讨了外源Cd对土壤微生物的生态毒理效应。结果表明:1)不同培养时间潮土CaCl2提取态Cd含量均显著低于红壤,潮土微生物受到Cd的抑制作用也明显小于红壤。2)各微生物指标的敏感性不同,并受土壤类型和培养时间的影响,其中,脱氢酶的敏感性强于脲酶,微生物功能多样性指标中BiologEco板上每孔的平均吸光值(AWCD)的敏感性强于Shannon指数;Cmic、脲酶、脱氢酶、AWCD和Shannon指数均在红壤中更为敏感。选取的5个微生物指标对Cd污染都有良好的响应,均可作为Cd污染土壤微生物生态毒理实验中的测试指标。在土壤酶指标中,可优先选取脱氢酶作为测试指标。3)Cd对Cmic、土壤酶、微生物功能多样性的抑制作用存在时间效应。14dCd对Cmic的抑制作用大于28d,而对脲酶和脱氢酶的抑制作用小于28d。建议Cd污染土壤微生物生态毒理实验中将培养时间设置为28d或适当延长。4)28d时,红壤中Cd对Cmic、脱氢酶、脲酶、AWCD、Shannon指数的EC10分别为1.31、0.26、0.93、0.08、22.71mg·kg-1,而在潮土中分别为1.97、0.69、13.12、0.09、>200mg·kg-1。     

城市化对北京夏季极端高温影响的数值研究

利用一个耦合了城市冠层模式（UCM）的区域数值模拟系统（WRF／NCAR）,引入由LandsatTM提取的京津冀区域30m分辨率下垫面GIS数据集代替美国USGS地表分类数据,对2009年6月24—25日出现在北京地区的一次超过40℃极端高温天气过程进行了高分辨率数值模拟,用以考察WRF／UCM系统对北京“城市热岛”及城市高温天气的模拟效果,并分析了城市化对北京地区城市高温和地表能量平衡的影响及其日变化特征。结果表明：采用精细化下垫面分类数据集后能更好地模拟出主要高温区的分布特征,并能较好再现夜间的“城市热岛”效应。城市化发展对近地层气温的影响主要表现在会促使城区及其下风向近郊区气温的升高,增幅可达0．5～2℃,这与城市热岛及其下游效应有关。城市下垫面的高粗糙度对近地层风速表现出明显的阻挡效应,表现在模拟的10m风场减弱明显。考虑了城市下垫面属性的敏感性试验更好地再现了城区温度的日变化,其模拟的日间最高温度与实际观测值更为接近,也较好地模拟出了城区具有较高最低温度的特征。通过城区与郊区能量平衡过程差异的分析表明,城市化可以显著改变能量平衡中各项所占的比重。地表对近地层大气热量输送过程的变化表明随着城市下垫面的日愈扩大,会显著增强白天地表对大气的向上感热输送,增大城区日间出现高温的可能。夜间,模式反映出地表能量收入来自土壤热通量的向上输送,同样由于城区的潜热通量小,收入的能量仍主要以感热形式加热大气,夜间城区具有较高的最低温度并表现出较强的热岛特征,主要与夜间感热加热的持续相关。