边界层对粗糙单裂隙溶质运移影响试验

为探究非费克(non-Fickian)运移表现出的峰值提前到达和拖尾等现象,开展了粗糙单裂隙溶质运移试验,总结了粗糙单裂隙中溶质运移特征及运移机理,结合边界层理论对峰值提前到达和拖尾现象进行了分析和解释。结果表明:峰值时间和拖尾时间与边界层厚度之间存在较好的线性相关关系;边界层对裂隙介质溶质运移有较为显著影响,即水流速度越小,边界层厚度越大,滞留在边界层内部的溶质越多,溶质获取率越低;粗糙单裂隙中溶质穿透曲线的峰值提前和拖尾现象是由裂隙中心处以惯性力主导的主流区和裂隙壁面以黏性力主导的边界层区共同作用造成的,其中峰值时间主要由主流区的对流因素控制,而边界层区域的存在对拖尾时间影响较大。

单裂隙非线性流下反应性溶质运移数值模拟研究

地下水环境中化学作用对溶质运移具有重要影响,然而对于单裂隙中反应性溶质运移研究,特别是非线性流下的反应性溶质运移机理及数值模拟研究有待进一步完善。对比单裂隙中双分子反应性溶质运移实验研究,该文结合Navier-Stokes(N-S)方程-反应性对流扩散方程(ADRE),开展了非线性流条件下单裂隙中反应性溶质运移数值模拟研究,探讨了隙宽和流速等因素对反应性溶质运移特征的影响。结果表明:数值模拟预测反应生成物峰值误差较小(2.2%~3.9%),基于N-S和ADRE方程的数值模拟求解方法可用于单裂隙反应性溶质运移研究;试验与数值模拟结果均显示,随着流速的增大,水力梯度(J)与平均流速(v)呈非线性关系,Forchheimer方程可以较好地拟合J-v关系;非线性流态下反应性溶质迁移及生成物浓度的控制因素为对流作用,分子扩散作用较弱;隙宽相同时,生成物浓度峰值随着流速的增大而增大,峰值到达的时间逐渐减小;流速相同时,生成物浓度峰值随着隙宽的增大而减小,峰值到达的时间相应逐渐增大。