煤体结构差异对气体运移影响的试验研究

利用自行研制的装置,以氮气模拟瓦斯,以同一压力下压实的不同粒径煤样制作不同煤体结构构造煤;气源以恒定压力向煤体持续注气,使煤体吸附一段时间后,停止注气,打开放气阀,使煤体开始解吸,进行了煤体结构差异对气体运移影响的试验研究。结果表明:构造煤体的气体运移特征有线性渗流和二项式渗流。当组成构造煤体的煤颗粒粒径较大时,在流量达极值前,通过煤体的气体流量随时间的变化成线性关系,此时煤体内气体的运移特征符合线性渗流。当组成构造煤体的煤颗粒粒径较小时,在流量达极值前,通过煤体的气体流量随时间的变化成二项式关系,此时煤体内气体的运移特征符合二项式渗流。试验中大颗粒粒径煤体和小颗粒粒径煤体,在流量达到极值后,通过煤体的气体流量随时间的衰减关系均成二项式关系。     

轻非水相液体在非饱和带运移特征及分布规律研究

以中砂和0号柴油为研究对象,通过室内试验建立物理模型,研究非饱和带中轻非水相液体(LNAPLs)的运移和分布特性.结果表明,受重力驱动,柴油在渗漏初期及到达毛细区上边缘以前,其运动以垂向迁移为主.受孔隙度和介质渗透性能控制,横向发育程度很小,以砂槽顶部发育程度最小,整个非饱和带最大发育宽度约40cm;锋面到达毛细区上边缘以后,污染锋面垂向发育程度减缓,柴油基本都在毛细区内横向扩展,且横向扩展始终沿毛细区上边缘发展.水相及油相负压变化主要来自油-水之间的驱替,各陶土头对应点的毛细压力反应强烈.     

基于格子Boltzmann的非均质采空区瓦斯运移仿真方法

瓦斯在采空区内运移造成工作面上隅角瓦斯超限是煤矿安全的重大隐患.为揭示采宅区瓦斯运移规律,提出基于格子Boltzmann的非均质采空区瓦斯运移仿真方法.综放采场采空区是由非均质多孔介质组成的空间,大气和瓦斯混合气体在采空区的流动是非常复杂的具有层流、过度流和紊流的渗流运动.基于修正的Brinkman-Forchheimer-Darey定律,建立非均质采空区瓦斯运移的控制方程组.由于该方程组求解复杂,分别建立瓦斯渗流速度场和瓦斯浓度场的格子Boltzmann模型.通过格子Boltzmann模型的演化,实现采空区瓦斯运移的仿真.模拟实例表明,用该方法进行仿真可以得到任何时刻采空区内任意位置瓦斯和大气混合气体的流动速度和压力以及瓦斯浓度等数据,同时也可以得到采空区流线分布规律、速度变化规律、采空区压力的变化规律和采空区瓦斯运移规律.该方法能将时间、空间和系统行为结合起来,可在直观的条件下完成对地下煤矿采空区瓦斯运移态势的精确分析与模拟,可为揭示综放采场采空区上隅角瓦斯超限的原因提供一种新的方法.     

低温低湿条件下污泥干燥动力学特性研究

为了研究污泥在低温低湿条件下的干燥规律,获得表征水分迁移过程的有效水分扩散系数(D_(eff))和活化能(E_a),以脱水污泥为研究对象进行了污泥低温低湿干燥试验,探讨了温度(30℃、35℃、40℃、45℃、50℃)和相对湿度(20%、40%、60%)对污泥水分比(MR)和干燥速率(DR)的影响。结果表明,污泥的低温低湿干燥过程属于内部迁移控制,即水分扩散速率决定干燥速率。根据试验数据建立了污泥水分迁移动力学模型,并与6种常用薄层干燥模型进行拟合,通过对决定系数(R~2)、方差(χ~2)和残差平方和(RSS)的比较,得出污泥低温低湿干燥过程可以用Page模型来描述。结合Fick第二定律,得到不同温度(30~50℃)、湿度(20%~60%)条件下污泥有效水分扩散系数的范围为(0.699~1.991)×10~(-9)m~2/s;对传统的Arrhenius公式进行湿度修正,获得了干燥介质温度和湿度对污泥干燥特性影响的数学模型及活化能E_a=23.83 k J/mol。     

高阶煤润湿过程中水分运移的低场核磁共振试验

为深入了解煤层注水过程中水分在高阶煤煤体中的运移特征,以焦作中马村矿高阶煤为研究对象,利用低场核磁共振(LNMR)设备,测试煤样在负压浸水试验、等温浸润试验过程中不同浸水时间时的核磁谱图,结合煤样负压浸水过程的质量变化,获得制备饱水煤样所需的试验条件;结合煤样等温浸润过程质量变化,从微观层面定量分析煤样润湿过程中水分进入煤体的分布特征、煤样含水率和含水饱和度的变化规律。结果表明：水分在毛细管力作用下,可以浸润到煤体的最小孔径对应的核磁弛豫时间为0.014 ms;水分按照较大孔→小孔→微孔的路径依次进入到煤体中,按照微孔→小孔→较大孔的路径依次达到饱和状态,试验煤样在相同的润湿时间时,虽然含水率不同,但整体含水饱和度几乎一致,且煤样整体含水饱和度与润湿时间的0.5次方之间存在定量关系。     

不同液气比条件下氨法脱碳工艺影响因素试验研究

基于氨法脱碳工艺,对不同液气比下各工艺参数对CO_2脱除率的影响开展了试验研究。结果表明,氨水浓度和烟气停留时间的提升能够有效提高CO_2的脱除率,而反应温度、CO_2体积分数及CO_2负载量的提高不利于CO_2的脱除。通过调整液气比可以缓解各工艺参数对CO_2脱除率的影响,维持系统稳定。综合对比试验结果,认为液气比合适的应用范围为6~8 L/m3。     

电凝聚气浮法处理含石墨废水的正交试验研究

运用正交试验设计原理,研究了电凝聚气浮法处理钢管厂含石墨废水浊度的影响因子,并得到了的最佳操作条件.结果表明,影响电凝聚气浮法对含石墨废水浊度去除率的因子从主到次为废水pH值、电解电流、电解时间、极板间距.pH值和电解电流是影响含石墨废水浊度去除率的显著因素,极板间距和电解时间是非显著因素.最优运行方案为:电解对间30 min,电解电流1.0 A,极板间距20mm,pH值6.在最优运行条件下含石墨废水浊度的去除率为98.34％.     

含引流通道的气-液聚结过滤材料的性能试验

针对空气中油雾的净化问题,对聚结纤维滤料的织物构造提出了一种优化设计。将纤维细度为2μm和6.5μm的不锈钢(SS)纤维滤料及相对应纤维细度的玻璃(G)纤维滤料分别构成内含4个垂直引流通道的多层复合滤料,用气-液聚结过滤性能试验台进行对比测试,计算分析引流通道的构建对滤料捕集效率、阻力特性及品质因数产生的影响。结果表明,在滤层内加插金属网隔片建立若干垂直引流通道对滤料阻力特性有着显著影响,其过滤性能有所改善。在相同条件下,含引流通道的滤料到达阻力稳态阶段需时更长,而且上升过程中瞬时阻力最多可降低30%~50%,品质因数可提高50%~70%。     

氮在河北平原包气带中的迁移转化机制

为揭示氮在土壤包气带中的迁移转化规律并确定其数学模型,通过室内土柱淋滤试验研究了碳酸氢铵及尿素2种氮肥在土壤中的迁移转化过程,并测定了不同时间土壤中氨氮、亚硝酸盐氮和硝酸盐氨的质量浓度变化,总结了“3氮”在包气带中的迁移转化规律.结果表明,施氮周期内褐土土柱淋滤液中,氨氮最高质量浓度为13.33mg/L,硝酸盐氮为15.25 mg/L(H-N-1土柱),土壤中氨氮吸附作用大于硝酸盐氮.建立了氨在土壤中的迁移转化模型并确定了模型参数,可以用所建模型对氮在河北平原包气带中的迁移过程进行定量预测.     

垃圾渗滤液运移过程中相关模型的研究及应用现状

介绍了垃圾渗滤液运移机理与研究现状,综述了国内外关于垃圾渗滤液释放、传输过程相关模型的研究及应用现状,并分析了各模型的优缺点。最后提出了渗滤液在土壤中运移的研究方向。渗滤液中水分在填埋场垃圾介质、包气带土层以及含水层各单一层中迁移转化的研究较全面;由于渗滤液中某种污染物的迁移转化涉及多学科交叉点,该方面的研究仍未成熟,相对滞后于工程技术发展的需要。     

含内热源松散煤体热湿迁移特性研究

为研究松散煤体内部热湿迁移规律,建立松散煤体多场-相变-扩散耦合数学模型,对热力驱动下的温、湿度场时空演变规律进行仿真研究;通过热湿迁移特性实验平台,对数值模拟结果的有效性与准确性进行验证。研究结果表明：温度相对误差小于5%,含湿量相对误差小于8%;松散煤体温度逐渐升高,温升速率逐渐减小,温度最终趋于稳定值,沿轴线方向温度呈指数性降低;松散煤体湿度场可分为煤体含水率和空气含湿量,在空间上可分为含水率减少区、含水率增大区和含水率不变区,随着计算进行,峰值含水率逐渐增大且向远离热源方向移动;含湿量相较于实验初期均有所增大,沿轴线方向先呈线性降低,后呈指数性降低且线性区域越来越大,指数性区域越来越小。     

Co在某极低放废物填埋场土壤中的迁移行为初步研究

选择某拟建填埋场土壤为研究对象,研究Co在土壤中的静态分配试验和动态迁移,以评价场址的安全性。结果表明:初始质量浓度为5 mg/L时,Co的Kd值为753 mL/g,土壤对Co的吸附模式符合Freundlich模式;核素初始质量浓度的升高导致静态试验Kd值增大;静态试验与动态试验的相互印证说明,可以通过动态试验较好地预测核素在极低放填埋场中的迁移速度;Co在该土壤中的迁移速度小于0.24 m/a,Co在进入地表水前已经衰变至非常低的水平,不会对生物圈造成污染。     

压实度和含水率对铁尾矿抗剪强度影响的试验分析

以阜新同乃铁矿排放的铁尾矿为研究对象,经试验得出其级配不良,属于含砂低液限粉土.通过室内试验分析了不同含水率和压实度条件下铁尾矿的抗剪强度.结果表明,铁尾矿的抗剪强度与其含水率和压实度之间有很大的相关性.相同压实度条件下,黏聚力随含水率升高呈先增大后减小的规律,存在特征含水率,在特征含水率条件下黏聚力达到最大值.黏聚力与含水率可近似拟合为二次函数.土颗粒间的水膜联结和胶结作用对黏聚力的产生具有重要作用,黏聚力因含水率的不同而变化较大.试验得出含水率变化对铁尾矿内摩擦角的影响较小,这是因为砂土的内摩擦角与砂土的颗粒结构、大小及密实程度密切相关,而铁尾矿中的粗粒含量较高,含水率变化不会引起其颗粒结构、大小及密实程度的显著变化.在相同含水率条件下,铁尾矿的黏聚力和内摩擦角均随压实度增大而呈近似线性增大.不同含水率和压实度条件下,铁尾矿的黏聚力均不大,铁尾矿的抗剪强度主要依靠内摩擦角的贡献.考虑铁尾矿材料的抗剪强度因压实度和含水率不同而变化,可使尾矿库稳定性分析结果更符合实际情况.     

某极低放废物处理场地下水中Sr迁移形式热力学分析

将化学热力学平衡分析模式与地球化学条件相结合,形成Sr元素水文地球化学迁移形式热力学分析方法体系.计算出某特定场址地下水中Sr的化学形态和迁移形式.结果表明,Sr2 迁移形式占总量的99.38%,SrHCO3 形式占0.55%,SrCO03占0.019%.     

加卸载下含水率对含瓦斯煤岩损伤变形的影响分析

采用含瓦斯煤热流固耦合三轴伺服控制渗流试验装置对不同含水状态煤样进行了加卸载下三轴变形与渗流特性的试验研究。研究结果表明:含水率越高,煤样的三轴强度越低,失去抵抗外部载荷所产生破坏的能力越快,且塑性变形增强,脆性破坏减弱,瓦斯流量增加越小;含水率的增加能够使得煤岩破坏时积聚的弹性能减少,并且释放速率更加缓慢,更多的消耗于塑性变形中,这有助于预防煤岩破坏时由于弹性能的突然释放而导致的大型煤与瓦斯突出事故的发生;基于Logistic方程和能量耗散理论,建立了煤岩损伤演化数学模型,通过对试验数据的拟合分析,两者吻合程度较高,能够为煤岩损伤破坏提供预测。研究结果对于具有煤与瓦斯突出危险性的煤层进行注水消突具有理论指导意义。     

集对分析法在河流水质评价中的应用

为了解决集对分析法在环境质量评价中应用的问题,用集对分析法建立了河流水质评价模型,并应用该模型对阜新市大凌河支流4个断面监测点的7种污染因子监测结果进行实例分析.结果表明,各断面水质评价级别均为Ⅴ级.研究表明,采用集对分析法进行水质评价准确可靠,信息利用率高,具有客观性和合理性.因此,集对分析理论为河流水质综合评价提供了一种新的思路,所用理论方法和所建模型也可推广应用于其他领域.     

北京城市污泥大颗粒低温热干化效率研究

污泥热干化工艺的高运行成本制约着该工艺在我国的推广.为确定污泥低温热干化的最佳效率条件,提供节约热干化工艺成本的理论基础,以北京市城市污泥为样品对低温热干化进行了模拟试验.比较了不同温度(125℃、150℃、175℃、200℃)、不同比表面积(柱形、饼形、球形)的大颗粒污泥的干化速率,并试验了有无流动气氛两种环境条件.结果表明,污泥热干化大致分为3个阶段:升速阶段、匀速阶段和降速阶段.3种形状中,饼形污泥的干化效率最好;干化效率点在125～150℃;提出了修正的Page模型,并且通过参数分析得到了低温热干化的温度效率拐点,佐证了效率点温度在140℃左右;流动气氛会进一步提高脱水效率.污泥热干化尾气释放特性一直是研究难点,用土壤中VOC的监测方法发现,新鲜污泥中的VOC能被准确监测,但经过加热干化后的尾气中的有机成分剧增,而且难以使用GC/MS定性.