边界层对粗糙单裂隙溶质运移影响试验

为探究非费克(non-Fickian)运移表现出的峰值提前到达和拖尾等现象,开展了粗糙单裂隙溶质运移试验,总结了粗糙单裂隙中溶质运移特征及运移机理,结合边界层理论对峰值提前到达和拖尾现象进行了分析和解释。结果表明：峰值时间和拖尾时间与边界层厚度之间存在较好的线性相关关系;边界层对裂隙介质溶质运移有较为显著影响,即水流速度越小,边界层厚度越大,滞留在边界层内部的溶质越多,溶质获取率越低;粗糙单裂隙中溶质穿透曲线的峰值提前和拖尾现象是由裂隙中心处以惯性力主导的主流区和裂隙壁面以黏性力主导的边界层区共同作用造成的,其中峰值时间主要由主流区的对流因素控制,而边界层区域的存在对拖尾时间影响较大。     

平行大理石板裂隙污染物运移实验与连续时间随机游走模拟

单个裂隙是构成裂隙网络的基础,其中的水流和溶质运移机理目前尚未完全清楚。文章使用平行大理石板构成单裂隙试验模型,研究了水力梯度和流速之间的关系以及溶质运移规律,采用连续时间随机游走(continuous time random walk,CTRW)模拟软件包中的截断幂函数(truncation power-law function,TPL)对溶质的穿透曲线进行模拟,并与传统的对流-弥散方程(advection-dispersion equation,ADE)模拟结果进行了对比,探讨了CTRW中参数的变化特征。结果表明:实验条件下的水流呈非达西流,用Forchheimer方程能更好地拟合裂隙中水力梯度和流速的关系;裂隙内的溶质运移为非费克运移,表现出明显的"拖尾"现象;在实验条件下拟合溶质运移的穿透曲线,TPL的拟合结果均明显优于ADE;同一隙宽下,模型参数β随流速的增加而增加,其值分别为0.882、1.045、1.375;同一流速下,β随隙宽的增加而减小,其值分别为1.375、1.263、1.112。     

基于多点地质统计的二维裂隙网络溶质运移模拟

应用多点地质统计模拟方法对某理想二维裂隙研究区进行还原,并将生成的二维裂隙网络模型与MODFLOW和MT3DMS结合,进行水流及溶质运移模拟.模拟结果表明,随着时间的推移,溶质较为严格地按照裂隙发育的方向运移,优势流现象明显;改变裂隙渗透系数与基岩渗透系数的比值,则随着比值的不断增大,裂隙研究区水流的各向异性及优势流现象愈加明显.研究表明,多点地质统计方法可以有效模拟裂隙网络结构特征及裂隙地下水流及溶质运移特征,是一种较为有效的裂隙网络模拟方法.     

粗糙裂隙溶解过程反应性溶质运移特征

岩体裂隙中溶质运移受对流、扩散和水岩化学反应三种机制控制.分析了不同机制主导作用下，粗糙裂隙溶解过程中反应性溶质运移特征，并分析粗糙度的影响.研究结果显示，粗糙裂隙溶解过程存在4种类型，分别是均匀、非均匀、极度非均匀和均匀-非均匀溶解.其中对流占主导作用条件下，裂隙发生均匀溶解；化学反应占主导作用条件下，流体上游溶解速率高于下游.初始粗糙度对裂隙溶解过程也具有重要影响:初始粗糙度增大会使水岩化学反应速率增大，同时随着水岩反应的进行，裂隙溶解后粗糙度增大.     

多尺度裂隙介质中溶质运移研究进展

总结了单裂隙尺度和网络裂隙尺度中溶质运移的基本特点、试验研究成果、裂隙交叉处的混合模式、数学模型以及模拟方法等．分析了裂隙介质中溶质运移试验研究的局限性,评价了各种数学模拟方法在实际应用中的优缺点,指出了溶质运移的研究特别是裂隙几何特征和交叉处的混合模式的研究还有待进一步完善．     

基于高密度电法监测双重介质溶质运移实验与 模拟研究

为了对孔隙裂隙双重介质中溶质运移现象进行量化研究,文章设计了孔隙裂隙双重介质物理模型,运用高密度电法仪器监测示踪剂(氯化钠)溶液的电阻,开展了一定流速条件下双重介质运移实验研究,利用对流弥散方程(advection-dispersion equation,ADE)以及连续时间随机游走(continuous time random walk,CTRW)中截断幂函数(truncation power-law function,TPL)对溶质运移穿透曲线进行了拟合分析。研究结果表明:实验条件下,孔隙的溶质运移速度明显慢于裂隙内溶质运移速度;孔隙裂隙内溶质运移呈现出明显的非费克现象,表现出拖尾现象;在模拟溶质穿透曲线时,CTRW-TPL模型拟合结果优于ADE模型。     

二重孔隙介质地下水溶质运移模型应用研究

为比较准确地模拟二重孔隙介质地下水溶质运移，本文依据二重孔隙介质法，分别对孔隙岩块和裂隙介质建立相应的溶质运移模型，将孔隙岩块视为作用于裂隙介质的源或汇，对反映岩块和裂隙介质之间物质交换的耦合项进行了数学推导。应用本文方法在济南地区建立起二重孔隙介质溶质运移模型。研究结果表明，此方法更实际地反映出裂隙对溶质较强的传导能力和孔隙岩块对溶质较强的贮存能力。     

裂隙介质溶质运移模型的数值模拟

考虑裂隙介质中溶质运移问题的数学模型,建立离散的广义差分格式,给出不同的裂隙介质阻滞系数下的数值算例,并将数值解与解析解进行比较;比较结果表明:利用所建广义差分格式求解裂隙介质中的溶质运移问题是可靠的,且该格式具有稳定性和可实用性,可以用来数值模拟更加复杂的裂隙介质中溶质运移的物理过程.     

低渗透非达西流场中溶质运移实验及数值模拟

为了更好的研究低渗介质中污染物的运移规律,运用低渗岩芯中溶质运移实验,比较了不同启动压力梯度下溶质运移规律及其特征,并应用所建立的数学模型模拟了饱和的低渗岩芯中溶质运移过程。结果表明:不同质地的低渗岩芯,其启动压力梯度不一样,启动压力梯度越大,流速越小,水动力弥散作用对溶质运移的影响更加明显,应用对流扩散方程可以很好的模拟溶质在低渗岩芯中运移的过程。     

渗透系数空间变异性对低渗透地层中地下水溶质运移的影响

以天津市北大港水库为例,通过野外勘探、现场取样、室内试验、数值模拟等方法,研究水库库底地层渗透系数空间变异性对地下水溶质运移的影响。结果表明:北大港水库库底地层渗透系数较小,且呈现出较强的空间变异性;地下水流通量随地层渗透系数空间变异程度的增加而增大,渗透系数均值对水流通量的影响大于其标准差;渗透系数均值越大,在地下水流的抑制作用下,溶质运移程度越弱,而渗透系数空间变异性越强,地下水流的抑制作用相对越弱,溶质运移程度越强。     

Status and trend of hydrogeological experiments concerning the side-wall flow effect in porous media

Hydrogeological experiments provide an important means to understand groundwater seepage and solute transport problems. Basic hydrogeological parame- ters can be obtained for use in assessing groundwater resources. In current porous-media research, studies of side-wall flow are in a preliminary and qualitative phase, and lack systematic and comprehensive understanding. Side-wall flow refers to the non-uniform infiltration and solute transport that occurs near the seepage device boundary. Flow dynamics depends on the fluid under the specific hydraulic conditions, physical properties and chemical composition, medium permeability, the rough- ness of the side wall, geometric features, and physical chemistry. Such phenomena not only occur in indoor water flows and solute transport, but also under natural conditions in the field. Side-wall flow has features both in common as well as distinct from preferential flows. In porous-media experiments, once side-wall flow commences, it affects the groundwater flow field and chemistry field, resulting in parameter values deviating from actual values. Based on a comprehensive analysis of the influence of side-wail flow, a definition of the side-wall flow effect in porous media is given. Three directions of research are identified concern- ing side-wall flow： the mechanism of the side-wall flows effect, the study of its quantitative impact on seepage flow and solute transport, and the methods and measures that need to be taken in hydrogeological experiments to reduce （or prevent） side-wall flow development.     

氯接触池中溶质输移与消毒过程的数值模拟

为使饮用水处理中氯接触池达到较高的掺混和消毒效率 ,提出一种数学模拟方法。采用二维水流动量方程和连续方程、自由氯的反应过程一阶动力学方程和细菌数量衰减过程的 Chick- Watson公式等组成的模型 ,计算了氯接触池中溶质输移与消毒过程。对 3种涡粘性湍流模型与 3种差分格式的不同组合下计算所得到的多组模拟结果进行了分析 ,并与试验数据进行了比较。研究表明 :通过数值方法对池内的水流紊动结构及自由氯输运、反应和细菌生灭等过程进行计算模拟 ,与仅依据不同设计方案所得滞留曲线进行评价的做法相比 ,更有利于比较内部细节的设计 ,方便地判定不同设计方案的运行效率     

堆浸过程中溶质运移机制及影响因素

针对堆浸溶质运移过程的复杂性和多变性,以揭示溶质运移规律为目的,首先通过对其运移机制进行探讨,并基于矿堆理想渗流假设给出溶质运移均匀流模型,同时考虑矿堆内可流动溶液和不可流动溶液区的作用及其相互影响,建立溶质迁移流动-不流动模型.采用标记物穿透曲线法,进行溶质运移室内管柱实验,主要研究矿石粒径和喷淋强度对溶质运移规律的影响.研究结果表明;大粒径矿样的孔隙直径和孔隙率均比较大,可流动溶液在大孔隙的传导作用而快速流出,因此,溶质初期浓度升高相对较快;而小粒径矿石比表面积大,不可流动溶液比率大,溶质须通过分子扩散运移进入不可流动溶液区,因此,其浓度上升速度较缓;矿堆内不流动溶液是影响溶质运移规律的主要因素,因此,可通过控制矿石颗粒级配和喷淋强度以优化溶质运移过程.     

Combinatorial model of solute transport in porous media

Modeling of solute transport is a key issue in the area of soil physics and hydrogeology. The most common approach (the convection-dispersion equation) considers an average convection flow rate and Fickian-like dispersion. Here,we propose a solute transport model in porous media of continuously expanding scale, according to the combinatorics principle. The model supposed actual porous media as a combinative body of many basic segments. First, we studied the solute transport process in each basic segment body, and then deduced the distribution of pore velocity in each basic segment body by difference approximation, finally assembled the solute transport process of each basic segment body into one of the combinative body. The simulation result coincided with the solute transport process observed in test. The model provides useful insight into the solute transport process of the non-Fickian dispersion in continuously expanding scale.     

Model prediction of the effect of in-mold electromagnetic stirring on negative segregation under bloom surface

Aiming at the problem of negative segregation under a bloom surface, a coupling macrosegregation model considering electromagnetic field, flow, heat, and solute transport was established based on the volume average method to study the effect of in-mold electromagnetic stirring(M-EMS) on the negative segregation under the bloom surface. In the model, the influence of dendrite structure on the flow and solute transport was described by the change of permeability. The model was validated by the magnetic induction intensity of M-EMS and carbon segregation experiment. The results show that the solute C in the solidified shell in the turbulent zone of the bloom undergoes two negative segregations, whereby the first is caused by nozzle jet, and the second by the M-EMS. The severities of the negative segregation caused by M-EMS at different currents and frequencies are also different, and the larger the current is, or the smaller the frequency is, the more serious will be the negative segregation.With the M-EMS, the solute C distribution in the liquid phase of the bloom is more uniform, but the mass fraction of C in the liquid phase is higher than that without M-EMS.     

低碳钢连续浇注过程的数值模拟

对铁-碳二元舍金二维轴对称的连续浇注过程采用混合流模型进行了数值分析，充分考虑了湍流、传热和溶质输运之间的耦合，湍流输运使用了一个修正的LAM-Bremhorst低雷诺数模型．采用控制容积的有限差分法进行求解．对计算结果作了分析讨论，仔细比较了各种参数对浇注过程，特别是对溶质分布的影响．     

裂隙岩体渗流及污染物迁移模型的数值模拟研究

裂隙岩体的非均质性使得其渗流问题与传统多孔介质渗流存在本质差别.目前流行的裂隙渗流模型包括:离散裂隙网格模型;双重连续介质模型;等效连续介质模型.介绍上述方法优劣,并以中国东部某岛屿为基础,基于等效连续介质法,建立三维渗流模型以及污染物迁移模型.数值模拟结果显示,污染物被岩体的吸附程度对污染物运移影响巨大;降水入渗量增多会使得水流速度增快,却不会显著提升污染物运移至边界的时间,反而由于其增大了污染物向四周扩散的趋势,致使较少污染物迁移至边界;距断层较近的污染源不仅会导致污染物迅速迁移至边界甚至地表,并且质量分数显著提升.