多孔介质溶质运移实验模拟研究

发布时间：2017-10-20 22:04

  本文关键词：多孔介质溶质运移实验模拟研究

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【摘要】：弥散度是量化多孔介质地下水中溶质运移的一个重要参数。在传统的对流-弥散方程(ADE)中,弥散度经常被处理成一个常数。近年来,许多研究表明在大尺度模型中弥散度的变化影响较小可近似为常数,而在小尺度模型中,弥散度参数具有尺度依赖性,其机理目前尚未清楚。本文在总结和分析国内外地下水溶质运移的基础上,以石英砂,白砂,玻璃珠为介质,构建了一维多孔介质溶质运移的均质和非均质物理实验模型,在达西流条件下,利用惰性示踪剂亮蓝进行示踪溶质运移实验。为了避免取样法对实验结果的影响,本文采取拍照法来提高实验精度。本文将弥散度处理为随运移距离呈线性变化的函数,建立数学模型LAF,运用ADE模型和LAF模型对溶质运移穿透曲线进行数值模拟,并对拟合结果进行处理分析,总结得到多孔介质中溶质运移的机理及规律。总结归纳本文的实验成果,得出如下结论：(1)在均质和非均质的溶质运移过程中,发现穿透曲线的前半部分出现了早到的现象,这可能是由于优势流的原因。同时也发现穿透曲线的后半部分出现了拖尾的现象,这可能是由于吸附和解析的原因。(2)在对溶质运移穿透曲线进行ADE模型和LAF模型拟合效果对比时,可知：在模拟均质多孔介质的均匀玻璃珠填充柱中,得到LAF模型拟合效果评价参数决定系数R2和均方根误差RMSE,可知R2均超过了0.95,RMSE的值则非常小,均小于0.1,说明LAF模型拟合一维多孔介质溶质运移精度很高。ADE模型拟合效果评价参数决定系数R2和均方根误差RMSE,可知R2均低于0.85,RMSE的值均大于0.05。且LAF模型的R2值均大于ADE模型的R2值,LAF模型的RMSE值均小于ADE模型的RMSE值。说明LAF模型模拟的效果比ADE模型模拟的效果更好。(3)在LAF模型拟合中,我们着重讨论了临界点L0的值,其中在1-2mm的均质石英砂填充柱中L0的值为1.8。在0.5mm-1.0mm白砂、1.0mm-2.0mm石英砂、3.0mm玻璃珠的非均质介质中L0的值为7.4。在3.0mm玻璃珠、1.0mm-2.0mm石英砂、0.5mm-1.0mm白砂的非均质介质中Lo的值为5.7。由此我们可以看出均质介质中L0的值明显小于非均质中L0的值。非均质介质中孔隙度逐渐变大的条件下比孔隙度逐渐变小的条件下L0的值更大。
【关键词】：多孔介质 示踪剂 溶质运移 ADE模拟 LAF模拟
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X523
【目录】：

• 致谢7-8
• 摘要8-9
• ABSTRACT9-15
• 第一章 绪论15-25
• 1.1 课题研究的背景及意义15-16
• 1.2 国内外研究现状16-23
• 1.2.1 多孔介质溶质运移研究进展16-18
• 1.2.2 多孔介质中示踪剂研究进展18-20
• 1.2.3 图像法的研究进展20-21
• 1.2.4 溶质运移模型研究进展21-23
• 1.3 本文研究内容23-25
• 第二章 多孔介质溶质运移理论基础25-34
• 2.1 多孔介质基本性质25-27
• 2.1.1 孔隙性25
• 2.1.2 压缩性25-26
• 2.1.3 渗透性26-27
• 2.2 多孔介质溶质运移27-34
• 2.2.1 对流弥散方程(ADE)的建立28-34
• 第三章 多孔介质溶质运移实验34-41
• 3.1 装置34-37
• 3.1.1 模型CAD图34-35
• 3.1.2 成像系统35-37
• 3.2 实验材料37-39
• 3.2.1 实验用水37
• 3.2.2 实验所用玻璃珠37-39
• 3.2.3 主要实验器材及药品39
• 3.3 实验原理与实验步骤39-41
• 3.3.1 实验原理39
• 3.3.2 实验步骤39-41
• 第四章 实验结果分析41-65
• 4.1 多孔介质水力实验结果分析42-49
• 4.1.1 1.0-2.0mm石英砂填充柱水力试实验42-43
• 4.1.2 1.0-2.0mm石英砂填充柱溶质运移实验43-49
• 4.2 石英砂中亮蓝溶液浓度-G值标线49-51
• 4.3 白砂中亮蓝溶液浓度-G值标线51-52
• 4.4 玻璃珠中亮蓝溶液浓度-G值标线52-65
• 第五章 结论与展望65-67
• 5.1 结论65
• 5.2 展望65-67
• 参考文献67-72
• 攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况72

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本文编号：1069600