本文關(guān)鍵詞：均質(zhì)孔隙介質(zhì)實驗中邊界效應(yīng)對滲流的影響及其校正方法研究　出處：《吉林大學(xué)》2017年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：近20年來,有關(guān)介質(zhì)非均質(zhì)性的研究逐漸引起人們的重視,并取得長足進步。目前對受邊界效應(yīng)影響下的裂隙介質(zhì)非均勻滲流的理論研究較多,而對均質(zhì)孔隙介質(zhì)邊界效應(yīng)的研究還沒有引起足夠重視。開展孔隙介質(zhì)邊界效應(yīng)影響下的非均勻滲流研究,對于實驗中溶質(zhì)運移數(shù)據(jù)的科學(xué)解釋和觀測孔布設(shè)具有重要的理論意義和實際意義。本文依托國家自然科學(xué)基金項目,通過系統(tǒng)性的室內(nèi)實驗,研究了不同邊壁粗糙條件下均質(zhì)孔隙介質(zhì)邊界效應(yīng)對滲流的影響;通過理論分析結(jié)合數(shù)值模擬及統(tǒng)計分析等手段和方法,建立了邊界效應(yīng)滲流流速定量化校正方程。本文研究成果如下:1.明確了在均質(zhì)孔隙介質(zhì)滲流實驗中,邊界效應(yīng)對滲流的影響是客觀存在的,不同邊壁粗糙條件,邊界效應(yīng)對滲流的影響程度不同。本次研究從影響邊界效應(yīng)的邊壁粗糙條件出發(fā),設(shè)置了三套實驗方案。三套方案下,滲流裝置邊壁分別選用光滑有機玻璃板邊壁、粗糙度為0.3mm粗糙邊壁、粗糙度為0.7mm粗糙邊壁進行研究。結(jié)果顯示,邊壁粗糙程度對均質(zhì)孔隙介質(zhì)滲流過程的影響是客觀存在的。由于邊界效應(yīng)的存在,不同邊壁粗糙程度下均存在靠近邊壁區(qū)域滲流速度較快、中間主流向上滲流速度較慢的非均勻滲流現(xiàn)象,由此導(dǎo)致了同一斷面上靠近兩側(cè)邊壁區(qū)域的示蹤劑濃度比中間滲流區(qū)域的示蹤劑濃度值峰值出現(xiàn)的時間早。在相同介質(zhì)及水力梯度條件下,邊壁條件越粗糙非均勻滲流現(xiàn)象越明顯。2.根據(jù)實驗結(jié)果,采用理論分析的方法確定滲流速度的空間非均勻分布特征,進而確定了滲透系數(shù)的空間非均質(zhì)特征。由于滲流實驗空間各觀測點的流速難以直接測量,本次采用示蹤劑濃度場反向分析法確定各空間點流速。利用在線監(jiān)測裝置獲得實驗過程中各個觀測孔處示蹤劑Cl-的實時電導(dǎo)值,根據(jù)示蹤劑濃度值與電導(dǎo)值之間的線性關(guān)系,將電導(dǎo)值轉(zhuǎn)換為濃度值,繪制濃度曲線。依據(jù)濃度隨時間的變化曲線情況,求解實際流速,進而求得達西流速和滲透系數(shù)滲流特征值的空間分布,為建立邊界效應(yīng)影響下的滲流流速校正方程奠定了基礎(chǔ)。3.通過數(shù)值模擬結(jié)合統(tǒng)計分析的方法建立了邊界效應(yīng)影響下的滲流流速校正方程。采用Feflow軟件建立了符合實驗條件的滲流數(shù)值模型,通過將數(shù)值模擬的示蹤劑濃度場與實驗觀測數(shù)據(jù)實際濃度場空間演化對比,調(diào)整并確定根據(jù)實驗獲得的滲透系數(shù)數(shù)值的空間非均質(zhì)分布,進而利用達西定律求解了校正后的滲流速度的空間非均勻分布。在此基礎(chǔ)上,利用統(tǒng)計分析方法,建立了邊界效應(yīng)影響下的滲流流速校正方程。4.利用耦合滲流校正方程的對流彌散方程,預(yù)測分析了相同水力梯度條件下,濃度場在邊界效應(yīng)影響下的時空演化特征。將滲流校正方程耦合到溶質(zhì)遷移模型的解析解中,模擬不同時刻示蹤劑濃度空間分布,并與實際觀測孔濃度分布對比,驗證了建立的滲流流速校正方程的正確性。在此基礎(chǔ)上,分析了滲流場實際流速值與理論流速差值的空間分布,分析非均勻滲流空間演化特征。5.本文提出的邊界效應(yīng)對滲流影響的定量化校正方法可為同類研究提供借鑒。本文以均質(zhì)孔隙介質(zhì)非均勻滲流為研究核心,通過室內(nèi)實驗、理論分析、數(shù)值模擬及統(tǒng)計分析多種手段和方法相結(jié)合,分析了均質(zhì)孔隙介質(zhì)中邊界效應(yīng)對滲流的影響特征,構(gòu)建了邊界效應(yīng)影響下的滲流流速校正方程。研究的思路和方法可以為室內(nèi)非均勻滲流實驗研究提供借鑒。
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TV139.1

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本文編號：1327385