砂箱模型中溶质运移过程的二维电阻率成像法监测

为了解溶质在含水层中的运移过程和规律,在室内建立二维砂槽模型,以ＮａＣｌ溶液为溶质代表,采用电阻率成像的方法监测溶质运移过程。研究发现：在稳定流条件下,ＮａＣｌ溶液沿水流的方向移动距离较大;在垂直方向上主要受水动力弥散和重力的作用,随着试验的进行逐步向下扩散;低阻区沿水流方向的移动速度比垂直方向的入渗速度快。由电阻率图像可以清晰地看出咸淡界面的迁移过程,说明应用电阻率成像法监测溶质运移过程是有效的,为地下水中溶质运移过程的研究提供了一种新的可视化手段,为求取地下水流速和水动力弥散系数奠定了基础。     

陡坡条件坡面薄层水流沿程变化及水流阻力计算

基于系列陡坡水槽条件不同坡面粗糙程度薄层水流试验,测试分析了坡面薄层水流运动参数沿程变化,并进一步讨论了坡面水流阻力计算方法。结果表明：光滑坡面条件同一流量流速随坡长的增加而增加,而对于较粗床面或较陡坡面流速沿程出现了峰谷变化;由于陡坡条件下坡面薄层水流参数呈现沿程变化的特征,因而传统意义上常用的平均水力参数法计算水流阻力已不适宜于陡坡条件,基于沿程水流阻力计算的方法更加可靠。     

黏土贯穿裂隙污染物迁移的实验和数值模拟研究

为研究裂隙黏土中的溶质运移,研制一套适用于裂隙黏土中溶质运移的实验装置,通过测定实验装置内示踪剂溶液的电导率来监测溶质的运移规律。实验结果发现模型底部监测孔处的渗出液浓度在短时间内就趋于稳定达到最大,表明黏土中裂隙的存在会使溶质顺着裂隙快速穿过黏土层,形成优先流现象,从而对黏土层下部的水体造成污染。采用数值方法对室内试验进行模拟分析,讨论了提高水头和改变岩土体两种方法来进行预测,结果显示黏土层上部水头变化对黏土中的溶质浓度影响不大,且不同土体中如均出现贯穿型裂隙,那么污染物进入含水层的时间基本一致,防渗失效,这时改变防渗材料没有意义。     

考虑裂隙的多孔介质中对流扩散现象的仿真模拟

为研究裂隙多孔介质中的对流扩散现象,采用光滑粒子流体动力学(SPH)方法从孔隙尺度下模拟了裂隙中孔隙水的流动过程,仿真实现了考虑裂隙时溶质穿透多孔介质的真实运移过程,并提出一种简化处理的两流区模型对穿透过程加以描述.计算中首先采用SPH方法求解纳维斯托克斯方程,建立能考虑复杂多孔颗粒边界的二维流场模型,并基于此模型进行了溶质穿透三种不同裂隙宽度的多孔介质的仿真实验.随着介质中裂隙宽度增大,裂隙区域流速与基质区域流速差增大,穿透曲线中早期穿透和拖尾现象越明显;采用两流区模型能够描述这一现象,但一般化的模型难以得到精确解,因此提出一种简化处理办法,并给出了该简化模型的解析解.结果表明,该简化模型能够很好地描述裂隙多孔介质中溶质的运移规律,并可反演得到裂隙流中对流扩散的相关参数.     

倾斜地下水含水层混合3维溶质运移数值模拟

针对不规则地下水含水层中溶质运移简化数值模拟问题,根据不规则地下水含水层特点,提出了柱体单元水头梯度平均面的概念。在水头梯度平均面的基础上,采用有限单元法推导柱体单元水平向溶质通量,而柱体单元垂向溶质运移通量则采用有限差分法进行推导,通过联合利用有限单元法和有限差分法计算柱体单元节点溶质均衡项,根据不规则柱体单元溶质均衡项计算结果,编制Fortran程序,建立倾斜地下水含水层混合3维溶质运移数值模拟模型。运用该模型模拟了不同条件下地下水中溶质运移过程,将模拟结果与解析解进行对比分析,模拟得到的溶质浓度结果正确、合理。该模型适用于倾斜地下水含水层中溶质运移模拟,具有节省计算工作量,单元剖分灵活的优点。同时,当Peclet数较大时,该模型分别在水平向和垂向采用迎风加权格式进行计算,有效地消除了边界附近出现的数值跳动现象,模型也适用于Peclet数较大的情况。     

粘性泥沙分层运动中流速垂线分布特征试验

在前人研究的基础上,通过室内水槽试验,进一步研究了在流量、含沙量及水质影响下,分层运动中流速垂线的总体分布形态、分布规律、峰值及位置,以及清浑水界面位置等特征.结果表明,分层运动时,流速的垂线分布呈横向抛物线形;分层流区的近底区内流速遵循指数型分布规律,交混区和清水区内流速遵循修正后的高斯正常误差定律;分层流的峰速值越大,其位置越靠近河床;水流强度增加时,清浑水分界面位置向水面靠近,泥沙浓度增大时,界面位置向床面移动,而不同水质条件下的界面位置不同.     

含预制椭圆形孔洞砂岩强度及破坏特征试验研究

通过对含预制椭圆形孔洞板状砂岩试样进行单轴压缩试验,研究了椭圆长轴与短轴之比k及石膏充填作用对岩样强度和破坏特征的影响规律.研究表明,含孔洞岩样的强度和变形参数相对于完整试样均有不同程度的降低,而石膏充填后试样的峰值强度和弹性模量均有所提高,但峰值应变无明显变化规律;无论充填与否,试样峰值强度均随着k值的增加均呈指数形式降低;充填作用对岩样宏观破坏模式无明显影响,岩样最终均以剪切破坏为主,主破裂面沿对角线分布;相对于无充填的岩样,石膏充填后的岩样破坏时宏观裂隙数目增多,破坏程度加剧.     

岩溶演化过程中含水介质的时空变化特征研究

根据碳酸盐岩溶蚀机理,对裂隙溶蚀过程进行合理简化和假设。在此基础上,建立了耦合裂隙渗流模型和隙面化学动力学模型的裂隙溶蚀扩展模型,据此对不同条件下单裂隙扩展的特征和规律进行分析研究。结果表明:岩溶演化受裂隙几何形态和水动力条件的共同影响,岩体裂隙较闭合或地下水水流滞缓时,岩溶均不易发育;在岩溶发育演化过程中,含水介质的整体渗透性显著增强,水流状态由层流变为紊流,流量呈级数增加,而溶蚀速率将趋于恒定,水头坡降趋于平缓。     

单轴压缩下充填正交裂隙花岗岩强度及裂纹扩展演化

为研究充填材料类型对裂隙岩石力学特性及裂纹扩展演化的影响特征,对含充填正交裂隙花岗岩板状试样进行单轴压缩试验.结果表明:与单裂隙试样相比,含充填正交裂隙试样峰值强度和弹性模量明显劣化,劣化幅度分别为17.45%~39.19%和9.64%~27.42%.随充填材料强度的增加,充填试样峰值强度和弹性模量均逐渐增大.充填类型对试样次生裂纹的起裂形式影响显著,充填材料强度较低时,试样首先在充填物与次裂隙的交界面发生"脱黏"现象,然后由次裂隙外侧尖端开始起裂,而充填材料强度较高时可抑制次裂隙尖端裂纹萌生,试样初始破坏表现为主裂隙尖端的拉裂纹扩展.充填材料强度越大,充填试样的起裂应力越接近峰值强度,起裂应力水平越高.获得了充填试样轴向应力-应变曲线与次生裂纹扩展的实时关系,表明每一次较大的应力跌落均对应一条次生裂纹的萌生和扩展.     

关于非平衡吸附条件下地下水水质模拟的探讨

本文讨论了非平衡等温吸附条件下,地下水中溶质的弥散运移规律,特别是探讨了吸附系数α和解析系数β对溶质运移过程的控制作用。讨论了ogata解析解为基础,提出了特征值型有限元方法求解的理论,并以实例验证了后者的适用性。该法可克服常规有限元方法求解水质模型时所产生的数值弥散等问题,从而为求解对流项为主的水质模拟开辟了途径。     

无充填周期性裂缝岩体的等效渗透系数（稿件编号：201600412）

为了研究无充填周期性裂缝岩体的渗流特性,建立了地下水流动分析模型,该模型假定裂缝和岩石交界面流速相等且剪应力连续。根据分析模型的边界条件,耦合Navier−Stokes方程和Brinkman-extended Darcy方程,推求出裂缝和岩石中水流的流速分布。结合线性Darcy定律,推导出无充填周期性裂缝岩体沿裂缝方向等效渗透系数的理论表达,该表达式揭示裂缝开度对等效渗透系数起控制作用。为进一步验证理论模型推求的成果,研制试验装置开展渗流试验。试验时用浇筑混凝土模拟岩石,用混凝土间缝隙模拟岩石裂缝。测得的平均渗透系数和理论计算得到的等效渗透系数在同一量级,且相差很小。试验结果验证了所推求等效渗透系数表达式的正确性和可靠性。     

掺气对射流轴线速度衰减影响的试验研究(“研究生论坛”稿件)

通过物理模型试验,采用CQY—Z8a型针式掺气流速仪测量了掺气射流的轴线速度,对不同条件下的掺气射流轴线速度衰减情况进行了对比研究,分析了入射水流速度、掺气浓度以及射流水股厚度对射流轴线速度衰减的影响,获得了掺气射流轴线速度衰减的变化规律。结果表明：在本试验条件下,射流轴线速度呈线性衰减;入射水流速度对射流轴线速度衰减基本没有影响,表现为不同入射水流速度时,各衰减趋势基本一致;掺气浓度越大,射流轴线速度衰减越快;射流水股厚度越小,射流轴线速度衰减越快。因此提高射流水体的掺气浓度,尽可能分散入水水体,可以加快射流轴线速度衰减,有效减弱射流对下游河床的冲刷。     

某抽水蓄能电站拦沙库泄洪排沙系统的水力特性研究

以某抽水蓄能电站下水库泄洪排沙洞为研究对象,利用相似理论建立了比尺模型,该模型通过了河道阻力试验验证。试验中,观测了不同水力条件下的洞内水流流态、水面线、流速、消能状况以及下游护岸冲刷情况。试验观测结果表明,泄洪排沙洞进口流态平顺、泄流能力及隧洞段流态均满足设计要求,但陡坡扩散段以下的急流涵洞段出现水跃闷洞、明渠深度不足、出口扩散段不能集中拉沙等问题。基于调整纵坡、协调各段输水能力、抑制水跃强度的修改思路,进行了优化修改试验。经多次比对试验,最终确定了优化修改方案,解决了涵洞段与明渠段水流衔接的协调性。修改方案较合理地控制了洞内水深,消除了明流洞水跃壅塞现象,改善了洞内流态;同时,增设扩散段输沙槽,有效提高了小流量集中拉沙的能力,满足了不同水流条件下的泄流安全要求。该研究成果对类似工程设计与安全运行具有一定的参考价值。     

于家沟地下水反应溶质运移规律数值仿真

针对矸石淋滤液对于家沟地区地下水污染的实际情况,分析其在含水层中运移的规律,充分考虑了地 下水变密度对浓度分布的影响,建立了多组分溶质在地下水中运移的耦合动力学数学模型,采用Galerkin有限 元方法和Picard迭代法相结合对耦合模型进行了离散,通过室内土柱实验求得基本参数并对地下水污染的动态 过程进行了仿真模拟,预测了污染浓度的时空分布特征。结果表明:污染面积随时间推移不断向两轴方向扩 大,且纵向显著;不同组分由于各自特征的巨大差异,受到地下水密度影响的程度也有很大差别;渗滤液浓度拟 合误差小于6%,从而验证了模型的可靠性和实用性。     

低温等离子体净化甲醛气体的实验研究

采用低温等离子体技术净化甲醛气体.主要考察了甲醛去除效率和绝对去除量与电源施加电压、初始浓度、气体流速和功率之间的关系,并对低温等离子体技术去除甲醛的机理进行了分析.实验结果表明,其他条件稳定不变的情况下,甲醛的去除效率随着电源施加电压和功率的提高而提高;随着初始浓度和气体流速的降低而升高;甲醛的绝对去除量随电源施加电压、初始浓度、气体流速和功率的增加而增加.在实验条件下,每处理1 mg甲醛气体需消耗电功约为0.092 kwh.     

运动参数对回转体倾斜入水流场特性影响

为分析回转体低速倾斜入水过程中入水空泡形态及流体动力特性演化规律,基于Fluent流体计算平台,并利用动网格技术,针对小型回转体以不同入水速度和入水角度的倾斜入水过程开展数值仿真研究.数值仿真结果与试验结果良好一致性,证明了文中数值仿真方法的正确性与有效性.基于该数值仿真方法,针对不同入水速度和不同入水角度回转体低速倾斜入水过程流场特性进行分析.数值计算结果表明:在距离自由液面相同位置处,回转体倾斜入水产生所产生的入水空泡,其直径随着入水速度的增加而小幅增大,随着入水角度的增加而减小;入水速度对流场中压力分布规律有较大影响,在同一入水深度处不同入水速度回转体入水过程中流场的最大压力随着入水速度的增加而增大;入水角度对回转体附近流域的最大压力影响较小,但最小压力随着回转体入水角度的增加而增大;不同入水角度回转体,母线压力峰值位置随着入水角度的增加而逐渐向母线右端点偏移,但其值差别较小;不同入水速度回转体其阻力系数峰值差别不大,不同入水角度阻力系数峰值随着入水角度的增加而增大,但稳定后的阻力系数值随着入水速度的增加而减小.     

单一流迳基岩裂隙水流态的实验研究

根据室内模拟实验 ,研究了单一流迳基岩裂隙水流的雷诺数以及平均流速与水力坡度的关系 ,进一步研究了基岩裂隙水的流态 ,得出了不同条件下单一流迳基岩裂隙水流的雷诺数较大、基岩裂隙水流远远超出层流范围而应为紊流的结论 ,并讨论了判别流态的雷诺数标准 ,为基岩水运动理论的建立提供了新的实验证据 .     

Mathematical model for coupled reactive flow and solute transport during heap bioleaching of copper sulfide

Based on the momentum and mass conservation equations, a comprehensive model of heap bioleaching process is developed to investigate the interaction between chemical reactions, solution flow, gas flow, and solute transport within the leaching system. The governing equations are solved numerically using the COMSOL Multiphysics software for the coupled reactive flow and solute transport at micro-scale, meso-scale and macro-scale levels. At or near the surface of ore particle, the acid concentration is relatively higher than that in the central area, while the concentration gradient decreases after 72 d of leaching. The flow simulation between ore particles by combining X-ray CT technology shows that the highest velocity in narrow pore reaches 0.375 m/s. The air velocity within the dump shows that the velocity near the top and side surface is relatively high, which leads to the high oxygen concentration in that area. The coupled heat transfer and liquid flow process shows that the solution can act as an effective remover from the heap, dropping the highest temperature from 60 to 38 °C. The reagent transfer coupled with solution flow is also analyzed. The results obtained allow us to obtain a better understanding of the fundamental physical phenomenon of the bioleaching process.