温度对多孔介质中颗粒迁移特性影响的试验研究

发布时间：2017-08-21 17:41

  本文关键词：温度对多孔介质中颗粒迁移特性影响的试验研究

  更多相关文章： 温度 多孔介质 颗粒 示踪剂 迁移 沉积 渗流 土柱试验

【摘要】：多孔介质中悬浮颗粒的迁移特性是近年来岩土工程领域的一个热点研究课题,它在污水处理、人工回灌地下水、重金属污染物处理、生物膜细菌纯化、核废料处理等领域有重要研究意义。最近的研究发现,温度也会影响悬浮颗粒的迁移和沉积过程。本文通过室内试验和理论分析,对考虑温度效应的多孔介质中悬浮颗粒迁移过程进行了研究。结合流速、浓度、示踪剂、注入时间及悬浮颗粒粒径等影响因素进行相关对比,揭示了温度对饱和多孔介质中悬浮颗粒迁移特性的影响。其次,理论求解了对流扩散方程中的迁移参数并对穿透曲线进行了拟合。主要研究内容如下：(1)为研究温度等物理因素对饱和多孔介质中悬浮颗粒迁移特性的影响,在3种温度和3种渗流速度下,对6种不同粒径的硅粉进行了土柱渗流试验。结果表明：对相同渗流速度下的同一粒径颗粒,温度越高,其穿透曲线对应的浓度峰值越小,并且其浓度峰值所对应的孔隙体积也越大。(2)为比较示踪剂(荧光素钠)与悬浮颗粒迁移过程的差异,在注入原液中加入示踪剂,并在3种温度和3种渗流速度下对2种粒径的硅粉进行了土柱渗流试验。结果表明：在相同渗流速度下,荧光素钠荧光峰值对应孔隙体积比相同条件下的硅粉颗粒浓度峰值对应孔隙体积滞后；温度升高,硅粉颗粒浓度峰值明显降低,而荧光素钠的荧光值峰值略微增大。(3)为研究测量条件不同对浊度和荧光值的影响,在1种粒径的硅粉溶液中加入示踪剂,并在3种温度和3种流速下进行了相同的土柱渗流试验。在3种不同条件下测量了流出液的相关值：接出后立即测量浊度和荧光值、冷却至室温后测量浊度和荧光值、静置24h后测量上清液荧光值。结果表明：测量条件不同(温度,静置时间)对硅粉颗粒浊度和荧光素钠荧光值的测量几乎无影响。(4)为研究注入时间长短对悬浮颗粒迁移过程的影响,在2种温度和2种渗流速度下,对1种粒径硅粉颗粒在3种注入时间下进行了土柱渗流试验。结果表明：渗流速度和温度一定时,随注入时间增大,穿透曲线最大浓度减小,且最大浓度出现时对应的孔隙体积滞后。渗流速度较高时,随注入时间增大,最大浓度由在某一孔隙体积处出现变为在某一孔隙体积附近持续出现,甚至出现一段浓度平台,该平台上的浓度接近最大浓度,并围绕最大浓度略有波动。(5)通过理论公式(含一阶沉积系数的对流扩散方程)及所得试验数据确定了土柱渗流试验中的相关迁移参数(弥散系数DI、沉积速率Kdep、颗粒平均运动速度u),并拟合了颗粒穿透曲线。渗流速度一定时,颗粒弥散系数随温度增大而减小,颗粒沉积速率随温度增大而增大,颗粒平均运动速度随温度增大变化不大。温度一定时,弥散系数、沉积速率、颗粒平均运动速度均随渗流速度增大而增大。
【关键词】：温度 多孔介质 颗粒 示踪剂 迁移 沉积 渗流 土柱试验
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU43
【目录】：

• 致谢5-6
• 中文摘要6-8
• ABSTRACT8-12
• 1 绪论12-34
• 1.1 研究背景及意义12-13
• 1.2 多孔介质中颗粒运动理论13-17
• 1.2.1 多孔介质中悬浮颗粒迁移机理14-16
• 1.2.2 多孔介质中悬浮颗粒吸附机理16-17
• 1.3 多孔介质中颗粒运动特性试验研究17-28
• 1.3.1 多孔介质中颗粒迁移和沉积特性的试验研究17-26
• 1.3.2 多孔介质中颗粒释放的试验研究26-28
• 1.4 理论计算方法及模型28-32
• 1.5 小结32-33
• 1.6 本文研究目的和内容33
• 1.7 创新点33-34
• 2 试验概况34-42
• 2.1 试验材料34-36
• 2.1.1 多孔介质34-35
• 2.1.2 注入颗粒35-36
• 2.2 试验仪器36-42
• 2.2.1 试验装置36-37
• 2.2.2 蠕动泵37-39
• 2.2.3 浊度计39
• 2.2.4 荧光分光光度计39-40
• 2.2.5 其他仪器40-42
• 3 颗粒浓度与浊度关系42-48
• 3.1 颗粒浓度和浊度关系42-46
• 3.2 本章小结46-48
• 4 考虑温度效应的饱和多孔介质中颗粒迁移的试验研究48-76
• 4.1 温度对悬浮颗粒迁移过程的影响48-59
• 4.1.1 温度对硅粉颗粒穿透曲线的影响49-57
• 4.1.2 温度对硅粉颗粒浓度峰值的影响57-58
• 4.1.3 本节小结58-59
• 4.2 温度效应下示踪剂与悬浮颗粒迁移过程的比较59-63
• 4.2.1 示踪剂与悬浮颗粒穿透曲线对比59-62
• 4.2.2 本节小结62-63
• 4.3 测量条件不同对浊度和荧光值的影响63-70
• 4.3.1 不同测量条件下的浊度64-66
• 4.3.2 不同测量条件下的荧光值66-70
• 4.3.3 本节小结70
• 4.4 注入时间不同对颗粒迁移过程的影响70-73
• 4.4.1 不同注入时间下的颗粒穿透曲线71-73
• 4.4.2 本节小结73
• 4.5 本章小结73-76
• 5 渗流试验中参数确定及曲线拟合76-86
• 5.1 理论基础76-78
• 5.2 迁移参数的确定及分析78-82
• 5.2.1 迁移参数的确定78
• 5.2.2 迁移参数的分析78-82
• 5.3 穿透曲线的拟合82-84
• 5.4 本章小结84-86
• 6 结论和展望86-88
• 6.1 结论86-87
• 6.2 展望87-88
• 参考文献88-100
• 作者简历100-104
• 学位论文数据集104

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本文编号：714264