管道裂隙水流和溶质运移试验研究

摘要

本文结合国家自然科学基金“多尺度裂隙介质水流和溶质运移随机模拟研究”，主要是从试验模型方面着手，研究管道裂隙中水流和溶质运移的规律。 本文主要建立了两种试验模型，一是单裂隙圆管模型，二是交叉裂隙圆管模型。在两种试验模型中进行了水流和溶质运移试验。考虑裂隙圆管中充填不同粒径的标准砂，分析了不同支裂隙直径、不同管长的裂隙圆管中的水流和溶质运移规律，取得了以下成果。 本试验中所有的水流为线性流。在交叉裂隙圆管中，在界面突变处有水头损失，并随着平均流速和充填物粒径的变化而改变。在溶质运移试验中，首先对单裂隙圆管进行分析，并根据一维的对流弥散方程的解析解拟合穿透曲线，求解各种参数。表明孔隙度n和弥散系数a满足一个二次多项式的函数关系，相关系数R<'2>=0.9974，相关性很好。对于本试验装置，随着孔隙度的增加弥散度也随着增加，呈递增关系。弥散系数与弥散度和实际平均流速有关。进一步对单裂隙圆管和交叉裂隙圆管进行对比分析，在相同条件下，两者出现峰值浓度差，峰值浓度差随着砂样粒径的增加而增大，同时发现交叉裂隙圆管的穿透曲线出现双峰值，支裂隙对主裂隙的溶质运移有影响。最后对交叉裂隙圆管进行分析，在改变支裂隙长度和管径的条件下，对比分析发现同样存在峰值浓度差，并随着粒径的增加而增加。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1研究背景

1.2裂隙水流运动和溶质运移的国内外研究现状

1.2.1单裂隙中的水流运动规律

1.2.2单裂隙的溶质运移

1.2.3交叉裂隙的水流运动

1.2.4交叉裂隙的溶质运移

1.3管道水流运动规律

1.4数学模型和模拟方法

1.4.1数学模型

1.4.2模拟方法

1.5本文研究的内容

第二章裂隙介质水流与溶质运移理论

2.1裂隙介质

2.1.1裂隙介质的充填物

2.1.2裂隙的连通性

2.2网络裂隙

2.3水动力弥散

2.3.1水动力弥散机理

2.3.2水动力弥散方程

2.4示踪剂和穿透曲线

2.4.1示踪剂

2.4.2穿透曲线

第三章管道裂隙水流与溶质运移试验

3.1试验装置简介

3.2试验材料

3.3试验原理与方法步骤

3.4试验的组合设计

3.5示踪剂的测试方法及标准曲线的制作

第四章裂隙管道中水流运动规律研究

4.1水流运动的基本规律和适用条件

4.2试验水流状态分析

4.2.1单裂隙圆管中水流状态及渗透系数

4.2.2交叉裂隙圆管的水流状态

4.3主裂隙和支裂隙中的流量和流速计算

4.4本章小结

第五章裂隙管道中的溶质运移研究

5.1一维有对流情况下的溶质运移方程及其解析解

5.2不同流量、支裂隙长度和充填物粒径下的溶质运移的试验结果

5.3粒径和流速对溶质运移的影响

5.4支裂隙对溶质运移的影响

5.5支裂隙长度对溶质运移的影响

5.6支裂隙管径对溶质运移的影响

5.7本章小结

第六章结论与展望

6.1结论

6.2展望

参考文献

致谢