岩溶凹陷式露天矿山大流量涌水治理技术

我国岩溶地质分布广泛,岩溶突涌水已成为石灰石矿山安全生产的巨大灾害与挑战。以广西某岩溶凹陷式露天矿山大流量涌水为研究对象,针对该矿山地质条件复杂、集中涌水量大、流速高等特点,利用岩溶发育特征、资料分析与地球物理探查等方法初步圈定矿山径流带区域;进一步通过钻探、跨孔CT和示踪联通试验等精准查找到矿山Y01特大涌水点岩溶管道的具体位置,在此基础上研究并实施了矿山涌水治理技术与工艺。研究表明:(1)针对复杂岩溶凹陷式露天矿山大流量、高流速的涌水特征,提出并实施了“非连续帷幕截流+关键通道探查与封堵+止浆垫控流降速”的岩溶矿山涌水综合治理体系。依据岩溶发育的不均匀性,提出了非连续帷幕封堵裂隙型涌水区域的思想;对大流量岩溶管道型集中涌水设计采用止浆垫控流装置,通过控流能有效降低关键过水通道内水流速度,为注浆材料的有效留存沉积和工程的成功封堵提供了重要条件。(2)关键孔联合注浆工艺是岩溶管道型涌水成功封堵的保证,关键孔是指直接揭露岩溶涌水管道或与涌水管道联通性极强并对注浆堵水起主要作用的钻孔。针对矿山Y01岩溶管道型特大涌水精准查找到2个关键孔,均在矿坑南部:一个是距涌水点直线距离约50 m的近距离钻孔(以下简称“近孔”),另一个是距涌水点直线距离约150 m的远距离钻孔(以下简称“远孔”)。现场采用近孔、远孔2个关键孔联合注浆工艺:近孔以粗骨料和自主研发的可控凝结新型材料进行注浆,远孔仅注水泥浆液;近孔粗骨料和新型材料既能降低管道内的水流速度为远孔浆液起到更好的留存沉积作用,又能作为封堵材料起到增强的功能,远孔因其离涌水点距离长、辐射范围广、浆液扩散充分而能确保封堵长度和效果。近孔、远孔协同配合同步注浆是封堵管道型大流量涌水的有效组合工艺。(3)涌水口止浆垫控流降速装置的合理有效调控,配合关键孔联合注浆工艺的同步实施,进一步确保了注浆浆液的有效快速留存和沉积,是岩溶地区封堵管道型大流量涌水的创新性技术和方法。项目实施后,彻底封堵矿坑内集中涌水量达7.12万m^(3)/d的Y01特大涌水点,实现总减水量8.43万m3/d(含非连续帷幕注浆封堵),保证了矿山的正常安全开采,大幅降低了抽排水费用,同时保护了周边环境和地下水资源,具有显著的经济效益和社会效益。研究成果可为我国矿山涌水灾害治理提供理论价值和经验借鉴。

反硝化滤池脱氮效率主要影响因素及运行控制对策

以江苏某城镇污水处理厂上向流反硝化滤池和下向流反硝化深床滤池为对象,研究实际生产中制约反硝化滤池脱氮效率的瓶颈因素及控制策略。运行结果表明,两种池型反硝化滤池挂膜启动时间约13~15d,稳定运行期间对TN均有较好的去除效果。充足的碳源是进行生物脱氮的必要条件,当碳源投加量为0.18 L/m^(3),脱氮效率达到峰值,继续增大碳源投加量会导致出水COD升高。停留时间是限制反硝化滤池极限脱氮的关键因素,停留时间延长意味着占地面积增大,而过短的停留时间则无法保证脱氮效果。溶解氧过高会抑制反硝化滤池脱氮效率,实际运行中应尽可能将反硝化滤池进水DO质量浓度控制在2.0 mg/L以下。

CFD-DEM方法研究下降管结构对颗粒流动的影响

为了明确不同下降管结构内陶瓷球和生物质颗粒的流动规律,对比研究了方形和圆形下降管对颗粒轴向速度、颗粒碰撞率和生物质停留时间的影响,同时考察了管径对颗粒轴向速度和生物质停留时间的影响。搭建了CFD-DEM耦合框架,并利用粒子图像测速技术对模拟进行了速度验证。试验结果表明,模拟结果与试验结果吻合良好;混合颗粒在圆管中的时均轴向速度高于方管,圆管中陶瓷球的最大轴向速度比方管高10%左右;不同管径大小下降管中的颗粒轴向速度差异主要体现在下降管的转弯处,管径60、70和80 mm下降管转弯处的陶瓷球速度依次损失了37%、40%、45%左右,生物质的速度依次损失了49%、52%、54%左右;方管中生物质与壁面的接触碰撞频率更高,圆管中生物质与陶瓷球的接触碰撞频率更高,两种管中分别约为23%和39%的生物质颗粒与陶瓷球接触;陶瓷球的加入后方管和圆管中的生物质停留时间分布离散程度分别增加了10%和17%。研究结果为下降管热解装置中的颗粒流动状态分析及结构设计和优化提供了依据。

1K-pot节流孔对低温系统流量特性影响的模型分析

^(4)He降压制冷是现阶段获取超低温的常用方法。为提高制冷效率,常使用节流孔结构降低超流氦薄膜的影响,而这种结构会制约^(4)He的循环流量。基于此,本文归纳节流孔结构中各部分的流速模型,建立一套关于抽速、限流孔径及液氦蒸发流量的数学模型。通过探究节流孔结构中抽速对流量的影响关系,在确定节流孔直径的前提下,将影响关系分为三个阶段,分别对应超流氦薄膜蒸发、1K-pot液氦蒸发和1K-pot液氦蒸发达最大流量。

泄洪消力池消力墩消能特性数值模拟研究

消力墩是常用的泄洪消力池消能结构物之一,对其消能效果与结构优化研究在枢纽结构设计中具有重要作用。为此,基于描述非恒定流运动的雷诺平均(RANS)方程和描述紊流运动的Realizableκ-ε湍流模型,采用VOF自由表面追踪方法,建立了模拟大自由表面变形流体运动的数值计算模型,对坝面泄洪引起的跌坎型消力池内复杂流体运动及消力墩的消能特性进行研究。首先,对不同坝面泄洪条件下消力池内水流运动进行模拟,通过将自由液面、水流流态及底板压强分布等的模拟结果与室内实测数据进行对比,验证了模型的模拟精度和可靠性;在此基础上,模拟分析了矩形、直角梯形和T形三种典型消力墩对消力池内水流流速、液面形态及湍动能分布的影响,探讨了长、宽、高相同、几何形状不同的消力墩的消能效果。结果表明,对水流能量的耗散作用,矩形消力墩优于直角梯形消力墩、直角梯形消力墩优于T形消力墩。

下降管式生物质快速热解实验装置设计与实验

为了确定在固体热载体加热方式下反应温度和停留时间对生物质热解挥发特性的影响,设计了陶瓷球热载体加热下降管式生物质热解实验装置,并进行了生物质热解挥发特性实验。该实验装置能够对反应温度进行精确控制,实现生物质粉和陶瓷球热载体按比例连续均匀喂料及热解残炭样品的采集。实验物料为玉米秸秆粉,反应温度分别为450、500、550℃。停留时间通过反应物在反应管内下降距离间接测量,下降距离分别为150、550、850、1 150 mm。利用灰分示踪法计算得到了不同条件下生物质的热解挥发率。实验结果表明:玉米秸秆粉的热解挥发率随着热解温度的升高、下降距离的加长而非线性增大。

植物根系对垂直流人工湿地水力条件的影响

选择旱伞草、芦苇、灯芯草、美人蕉4种不同根系特征的植物，通过控制分蘖数并借助反应器理论研究植物根系对基质水力条件及水质净化的影响。结果表明，植物分蘖数的增加过程可以用Logistic方程描述，无论初始栽种密度是多少，若不加以控制，植物生物量都会扩大到湿地所能容纳的最大密度．植物分蘖与根系发育总体上呈正相关关系．芦苇和灯芯草相关性较好，植株重一根重和分蘖数一根体积的相关系数在0．93～1．00之间。美人蕉和旱伞草的相关性不高，植株重一根重和分蘖数一根体积的相关系数在0．43～0．69之间．植物根系向下穿透基质的时候，一方面可起到一定的疏通作用，使基质孔隙率提高3％～44％；另一方面则会在穿透过程中产生横向的压力，起到使基质断面孔隙大小均一化的作用，使Peelet准数提高6％～90％。没有发现水质净化与分蘖数（地上植株重量）以及根系体积的规律性关系。植物对水质净化的作用不大，可以起到一定的但非决定性的防堵塞效果。

明渠湍流涡运动尺度分布特性

为了解明渠湍流涡运动尺度沿水深的分布特征,使用高精度粒子图像测速法水槽试验系统测量充分发展的明渠湍流,利用改进后的功率谱分析方法,对明渠湍流涡运动尺度沿水深分布、上升流、下扫流和平均涡量等进行了分析。结果表明:明渠湍流涡运动尺度大小沿水深增加呈先增大后减小;沿水深增加下扫流比上升流更容易发生;各自水深的顺向涡涡量大于逆向涡涡量,在近壁区平均涡量最大;明渠湍流近壁区产生涡量大、尺度小的涡结构,沿水深增加,涡尺度发展变大,但受水面区下扫流抑制,涡尺度又变小。

下降管生物质热裂解液化反应器设计

以固体热载体加热工艺原理设计开发了一种新型下降管生物质快速热裂解液化反应器。详细阐述了反应器中的陶瓷球热载体换热器、颗粒喂料器、反应管、颗粒分离及热裂解气冷却系统等主要组成部件的结构,并对各部件的性能进行了试验测试。试验结果表明,热载体的温度与喂料速率控制精确,热载体与炭粉颗粒分离完全;空心锥喷嘴非常适合生物质热裂解气体产物的喷淋冷却,当喷嘴孔径为4.0 mm、液体压力为0.2 MPa时雾化效果最佳,利用该喷淋冷却方式时秸秆类生物质热裂解生物油的收集率达到43%。

复合垂直流构建湿地的设计方法及净化效果

阐述了复合垂直流构建湿地的设计理论基础及方法,分析其投资与运行管理费用,测试该系统对受污染水体的净化效果.中试系统表明对受污染地面水体中的化学需氧量(CODCr),五日生化需氧量(BOD5)和总悬浮固体(TSS)的去除率分别为66.1%,76.7%和72.4%.结合实际介绍了一个应用本系统处理受污染地表水的实例,实际工程对COD和BOD5的去除率分别为82.6%和85.8%.复合垂直流构建湿地投资低、运行费用省、维护简单、出水水质好,是一种实用有效的水处理技术,对水体水质改善和水生态系恢复具有重要意义.

高氨浓度下生物流化床内亚硝化过程的选择特性研究

对于高氨低碳废水生物处理 ,短程硝化——反硝化生物脱氮工艺是一条颇具吸引力的途径 .本文采用下向流内循环生物流化床反应器 ,在高浓度氨条件下 ,探讨了亚硝化过程的稳定性 .试验结果表明 :在系统运行初期 ,由于硝酸菌对环境的适应性和生长的滞后性 ,暂时出现亚硝酸积累 ,但伴随硝酸菌适应与繁殖 ,亚硝酸被完全氧化 .高浓度游离氨对硝酸菌氧化速率有抑制作用 ,而对亚硝酸菌抑制不明显 ,也造成亚硝酸积累 ,但这种对硝化菌选择性抑制所获得的亚硝酸积累是不稳定的 。

竖直下降管换热实验台改进设计与实验

下降管式热解液化装置能够实现生物质热解液化。为了研究下降管中生物质半焦和陶瓷球两种散体混合下落的换热规律,在前期研究的基础上,对实验设备进行了改进设计,并将原实验物料——生物质粉更换为生物质半焦,使实验结果对实际装置的设计与改进更具指导意义。根据不同温度陶瓷球(50、60、70℃)与室温空气的换热实验,通过热平衡分析,得到了陶瓷球热载体与空气的对流传热系数h=600 W/(m2.K);陶瓷球与生物质半焦颗粒换热实验表明,不考虑边界效应时竖直管内温度呈线性分布;对流换热为竖直下降管系统热量传递的主要方式。

于桥水库铜绿微囊藻上浮运动规律及其控制

对天津于桥水库中铜绿微囊藻竖向分布及其上浮速度进行了测定,在大约3倍透明度水深处藻类数量最多,向上或向下,藻类数量均减小。在无光条件下,上浮速度≤1 cm/min的铜绿微囊藻占77%,上浮速度1~1.5 cm/min的藻类占10%,上浮速度1.5~2 cm/min的藻类占6%,还有7%的铜绿微囊藻上浮速度大于2 cm/min。当向下的流速达到1.65 cm/min时,基本能阻止铜绿微囊藻的上浮。竖向水力混合能将表层藻类输送到下层,从而抑制藻类的生长。

潮流追踪解析算法

在电网规划和稳定控制方面,电源和负荷的源流关系是十分关键的信息。潮流追踪技术是获取源流关系的有效方法,研究旨在提高潮流追踪方法的效率和实用性。基于比例共享原理和电路的基尔霍夫原理,构造了新的顺流追踪矩阵和逆流追踪矩阵,矩阵元素采用电网潮流计算的线路潮流结果和节点潮流结果,通过顺流和逆流矩阵的矩阵分解和前推回代技术实现了单源或单流的分配系数计算。算法计算负担小,具并行计算潜力。在多个系统中进行了验算,证明了算法的正确性和可靠性。

低溶氧下生物流化床内亚硝化过程的选择特性研究

采用下向流内循环生物流化床反应器 ,在低浓度溶解氧条件下 ,探讨了亚硝化过程的稳定性 .试验结果表明 :在 0 .5～ 1 .0 mg/L溶解氧 ( DO)下 ,DO成为增殖的限制基质 ,可实现亚硝酸的稳定积累 .当进水NH+ 4 -N为 3 0 0 mg/L时 ,出水 NH+ 4 -N小于 2 0 mg/L;在保证氨氮去除率大于 90 %的前提下 ,使出水硝态氮中亚硝酸比例稳定在 80 %以上 .选择过程完成后亚硝酸菌成为生物膜中的优势菌群 .

下降管冷态热解液化实验台设计与应用

为了探索下降管式热解液化装置中生物质半焦和陶瓷球两种颗粒混合下落的运动规律,设计了下降管冷态模拟装置。通过冷态模拟,测试了陶瓷球和生物质半焦喂料器的稳定性和连续性,该装置能够实现两种颗粒的均匀、精确、连续喂料,能够满足实验所需要的两种颗粒的不同混合质量比的要求;PIV实验测试表明,该装置能够满足实验需要;陶瓷球和生物质半焦的混合,消除了PIV用圆管测试时由于光的反射和折射问题在管道轴线两侧所形成的许多亮白条纹,提高了数据的准确性。

短HRT下厌氧降流式悬浮填料床预处理生活污水的研究

在环境温度下用厌氧降流式悬浮填料反应器对生活污水进行了不同HRT的试验研究。当HRT为6h,4h,3h时,厌氧降流式悬浮填料反应器去除污水COD都是有效的,COD的去除率分别为57 6%,52 8%和49 7%。为了考察HRT为3h时反应器的性能,试验连续进行了6个月。试验结果表明,试验期间平均COD去除率为47 7%,在冬季低温期间COD去除率保持在38 3%;SS的平均去除率为64%。同时探讨了短HTR下COD降解的机理。因此降流式悬浮填料厌氧反应器在短时HRT下作为一种预处理手段是有效的,对于小型村镇污水处理来说是一种比较理想的前处理装置。

分散式生活污水处理工艺:DASB+W-SFCW联合工艺

提出了“DASB+W-SFCW”联合工艺,并运用该工艺对分散式生活污水进行了处理试验研究。DASB单元采用短时厌氧技术,去除颗粒有机物和部分溶解有机物,防止W-SFCW堵塞,保证W-SFCW单元脱氮所需的碳源。W-SFCW床优化了传统潜流人工湿地的水流流态,使污水在W-SFCW床内呈波式流动,充分地发挥了湿地系统降解污染物的能力。试验结果表明:“DASB+W-SFCW”联合工艺对生活污水具有较强的处理能力,当进水中COD,NH3-N,TP的平均质量浓度分别为268 mg/L,31.5 mg/L,5.5 mg/L时,其平均去除率分别达到80.7%,52.1%,89.7%,出水水质优于传统的二级生物处理工艺。

弹箭在直升机旋翼下洗流场作用下运动规律研究

本文详细分析了弹箭在直升机旋翼下洗流场作用下所受的力及力矩 ,推导并获得了各力及力矩的表达式 ,在此基础上建立了弹箭在直升机旋翼下洗流场作用下的数理模型。通过数值仿真获得了弹箭在该下洗流场作用下的运动规律以及部分参数对弹箭运动的影响规律。研究结果为弹箭的弹道控制与修改提供了依据 。

筒阀两种动水关闭方式下水力特性分析

为了更加全面分析混流式水轮机飞逸退出过程的水力特性,以水轮机的全流道为计算控制域,运用RNG k-湍流模型、动网格和滑移网格技术,对筒阀60和26 s两种动水关闭方式进行了三维非定常流动数值模拟,对比分析了两种动水关闭方式下阀体周边的压力、速度等流场的流态分布状况,以及筒阀附近包括蜗壳、导叶、转轮等在内的过流部件的流场特征。计算结果表明,与60 s动水关闭方式相比26s动水关闭方式明显缩短了飞逸时间,有利于操作的稳定性,可以更好地降低飞逸现象对水轮机组造成的破坏。同时,对于研究更为合理的筒阀运动方式、水轮机的水力设计与优化都具有一定的参考价值。