三维非稳定流数学模型在模拟废弃煤矿区地下水串层污染中的应用研究

针对废弃煤矿井存在地下水被串层污染的事实,基于闭井后的水文地质条件,建立了三维水流非稳定数学模型,研究了采矿造成的串层污染,得出2002-2007年的水量平衡,并预测20a后地下水的流场分布以及可能出现的污染范围,得出该污染源20a后的最大污染范围约是初始污染范围的40倍。

砂卵石地层非稳定流回灌模型试验研究

为研究砂卵石地层回灌渗流场水头时空分布规律,依托济南轨道交通R1线地下车站基坑工程,研制了回灌模型试验系统,分别进行了潜水层和承压水层单井回灌模型试验,建立了适用于砂卵石地层的非稳定渗流单井回灌数学模型。试验结果表明,在承压水工况下,基于Theis非稳定流公式的计算数据和监测数据的水头变化趋势基本一致,皆为凸形曲线,但数值上存在明显的误差。在潜水工况下,Theis公式只能描述其饱和渗流阶段的变化趋势,并不适用非饱和渗流阶段。在定量回灌条件下,距离回灌井越近的地方越先达到饱和渗流。最后,回灌存在井损现象,井损水头占回灌水头的3.2%~52.5%左右。

C-D无结构网格上的三维自由水面非静水压力流动模型Ⅰ:算法

为准确模拟垂向运动尺度较大的水流运动,本文基于压力分裂模式和半隐方法提出了C-D无结构、z坐标网格上的三维非静水压力流动模型的构造方法,并详细论述了模型的求解过程。模型先在忽略动水压强项的隐式部分的条件下求解控制方程,获得比较接近的初始解;再考虑动水压强项的隐式部分并求解一个关于它的三维Poisson方程,因此计算容易收敛。本文模型与传统的C网格上的非静水模型相比,增加了对水平切向动量方程的求解,消除了因C网格的简化处理所带来的精度损失。控制方程用有限体积-有限差分法离散,自由水面用水位函数法处理。对水位η和动水压强q分别采用不同的隐式因子以兼顾各自稳定和精度的要求。压力分裂模式、θ半隐方法和欧拉-拉格朗日方法(ELM)等的联合使用使得本模型具有简单、稳定、高效的特点。

煤炭地下气化三维渗流数学模型的研究

研究了煤炭地下气化流体非线性渗流运动特征 .在模型试验的基础上 ,通过对气化发生炉体内煤层燃烧气化过程中渗流场分布和变化规律的分析 ,建立了三维非稳定非线性渗流数学模型 .阐述了主要模型参数的选取方法 ,用有限单元法对数学模型进行了求解 ,并对模拟计算结果进行了分析和讨论 .计算值和实测值基本相符合 。

三维非恒定流水环境实时数学模拟方法

本文采用Patankar 提出的控制体税法和乘方律插值分布,建立了无条件稳定、收敛的三级非恒定流水环境实时数学模型。文中提出了“分离表层水体”的方法,较好地解决了复朵的边界地形和自由表面的非恒定运动等问题;采用顺序解法节省了计算所需的内存量及加快了求解速度。该模型在珠江口东侧水域得到了广泛的应用,效果良好。

利用定压力非稳定流压水试验求水文地质参数

压水试验历时短、试段短,是一种特殊的地下水流类型试验。将试段的作用看作是无数点源作用的叠加,给出了定压力非稳定三维流压水试验的数学模型,解决了利用压水试验求取水文地质参数的问题。即使采用吕荣法压水试验,由于其本质上是非稳定流压水试验,且有时间与流量相对应的观测值,也可求取水文地质参数。

河道三维水流数学模型计算及应用

建立了考虑非静水压强影响,采用平面上非结构化网格、垂向分层动网格方法的三维水流计算模型,并应用到长江流域莱家铺河段。模拟计算所得的水深,垂向流速分布,平均流速均与实测数据吻合较好,流速沿程分布与实测基本一致,验证了计算结果的合理性与准确性,并反映了三维数值模拟的物理量守恒性,对三维水流运动特性分析研究有着重要的意义。

利用定流量非稳定流压水试验求水文地质参数

压水试验是一种直观的手段,在饱水、非饱水裂隙岩体中均可进行,可以模拟未来高水头对岩体的作用。给出了几种常见水文地质条件下定流量非稳定流压水试验的数学模型及求参方法。该方法对于现代大型岩土工程中超深孔工程地质勘探及水文地质试验是很有用的。

基于非结构网格的长江口二维三维嵌套潮流数值模拟

三维数学模型多应用于局部水域,无法模拟模型周边的大范围流场.为解决此问题,基于非结构网格有限体积法,建立了长江口二维三维潮流嵌套数学模型.模型嵌套边界采用近似处理方法,假设嵌套边界处网格单元分层水平流速服从多项式分布,该处理方法嵌套边界处的三维计算存在一定误差.将模型应用于长江口大范围水域潮流模拟计算.结果表明,潮位及二维三维潮流验证良好,计算精度满足规范要求,这说明该方法能够模拟大范围水域的二维及三维潮流运动.

抽-灌同轴非完整井承压层非稳定流模型及解析解

对承压含水层在抽-灌同轴非完整井的抽、灌水作用下产生的地下水三维非稳定流建立了数学模型,应用Laplace变换、分离变量法以及井周边界条件傅里叶级数延拓的方法,推导得到考虑越流补给、各向异性条件以及在周期性循环抽水和灌水作用下的地下水水位变化的解析表达式。该解能够退化为考虑越流条件的Hantush非完整井流解析解、第一类越流定流量完整井解和Theis公式。通过算例,在恒定抽水和灌水速率情况下,分析了灌水与抽水速率比、灌水井滤壁长度对承压层水位变化规律及其沿厚度方向和径向分布的影响;在周期性抽水和灌水条件下,分析了承压层水位周期性波动变化的一些规律。

基于非正弦供电方式的多相感应电动机建模

非正弦供电下多相电动机的磁动势与磁通密度分析表明,注入一定的3次谐波励磁电流有利于提高电动机铁磁材料的利用率和增加电动机的输出转矩。据此推导了考虑基波与3次谐波共同作用时的十五相感应电动机数学模型,通过三维插值实现了计及基波和3次谐波共同作用下的主磁路饱和因素,并在PSCAD/EMTDC平台中建立了相应的仿真模型。仿真与实验结果的一致性表明了建模方法的正确性,该模型的建立为非正弦供电方式下的多相感应电动机优化设计、运行性能分析等提供了理论基础。

矿井涌水量预测三维数值模拟

为了准确预测矿井涌水量,保障煤矿安全生产,以鄂尔多斯巴彦淖井田为例,采用地下水三维数值模拟理论和方法,通过对研究区水文地质模型的概化,建立了巴彦淖井田矿井涌水量预测的地下水三维非稳定流数值模拟模型,并结合矿井生产进度,以工作面月回采进度为单位,模拟预测了丰水期和平水期两种情况下,各工作面不同进度期地下水位分别疏降至2煤层底时的涌水量。结果表明:在前10个进度期内,工作面最大涌水量为1 328 m3·h-1,正常涌水量为1 134m3·h-1.实践证明:该方法不但能正确刻画矿井水文地质条件,而且还能将矿井涌水量预测和矿井生产进度紧密结合起来,具有较高的精度。

三维二相四组分聚合物驱模拟器的研制

研制出的三维二相四组分聚合物驱模拟器，可模拟聚合物溶液的流变性、吸附、渗透率降低、不能进入的孔隙体积、扩散、转注聚合物溶液的时间、盐、重力、毛管力和流体及岩石的压缩性等因素的影响，具有组分模型的功能和改进黑油模型的简便性，可用于聚合物驱和水驱的机理研究，注入方式优选、动态预测和方案设计等。

长江口局部河段三维潮流数值模拟研究

为了准确深入地认识长江口区水动力特征,基于非结构网格有限体积法,建立了长江口南支、南北港局部河段三维潮流数学模型。模型验证结果良好,说明其能够正确反映水流的三维运动形式。在此基础上,分析了北港入口处表底层水流特征以及新桥通道垂向水流结构。结果表明,北港入口处,落急值在表层与底层差别较大,涨急值差别相对较小。新桥通道处,涨急时,中上层与中下层垂向流速梯度差异明显,落急差异相对较小。

炭黑/橡胶复合材料多尺度微观结构分布模型

拟采用数值模拟微观结构的方法来推导炭黑/橡胶复合材料的多尺度分布模型。事实上,基于统计特性的多尺度方法,使用同质化技术,使我们能够估计非均匀介质的整体性能界限。本文采用此法的目的是建立一个立体炭黑/橡胶复合材料微观结构形态的三维数学模型。这种多尺度模型,包括一些主要的模型组合,对应于微观结构的物理尺度模型。它可被识别为一种从实验透射电子显微镜(TEM)图像数据和瞬变电磁法获得统计矩数值模拟的原始方法。此法使复杂的粒子团聚体的微观结构的三维数学模型有效。最后,确定建立形态学模型满足实验材料中的炭黑团聚体的碎石渗流率。

三维紊流悬沙数学模型及应用

根据紊流随机理论,导出了各向异性紊流的Reynolds应力的数值格式将精细壁函数应用于边壁处理。将传统的悬沙运动、床沙级配控制方程推广到三维模型,给出了床面附近含沙量表达式,建立了三维紊流悬沙数学模型。用葛洲坝水利枢纽建库前后水沙资料对该模型进行了检验,结果基本一致。将该模型应用于三峡工程坝区泥沙冲淤问题的研究,预测了三峡工程建成后坝区上游河段泥沙冲淤发展过程及其分布、河床淤积物级配组成及不同时期、不同高程的流场、含沙量场等,计算结果与物理模型试验值比较接近。

人工调控对地下水渗流影响研究

随着洛阳盆地偃师区城市规模的增加,洛河两岸工农业用水量逐年增加,并且主要依靠地下水源,致使河水量逐年减少,两岸地下水位下降,水源井出水量减少,河水位与地下水位脱离,形成了地下水降落漏斗,同时,产生了地面沉降等环境地质问题。偃师区陆续在洛河、伊河修建了多级水面工程,试图通过地表水的下渗补给地下水,而且经过渗滤过程净化水质。随着人工调蓄工程的运行,对地下水的补给量有所增加,地下水位逐步抬升,但同时也出现了地下水污染、地下人防工程淹没、建筑物变形、土地浸没等灾害。因此建立非均质三维非稳定流数学模型研究人工调蓄后地下水动力场变化特性以获取研究区内地下水的补、径、排关系,为地下水资源的开发利用提供参考的依据成为当地目前急需解决的科学问题。

多孔介质中指流的研究综述及展望

指流是土壤中普遍存在的一种水分和溶质运移形式,指流的研究对土壤水分调节、灌溉方式的确定、土壤及地下水污染预测、污染物迁移过程模拟及生态环境保护等具有重要影响。本文根据国内外指流的研究现状,从指流的发生条件、产生机理、量化判据、侧向扩散、影响因素以及数学模型等方面对指流研究已取得的主要成果进行综述和简评,以期为进一步的深入研究提供参考。

煤田矿井涌水量预测三维数值模型

针对煤田矿井涌水量预测的复杂性,以山西平朔安家岭井工矿为例,在概化出矿区水文地质概念模型的基础上,建立了安家岭井工矿矿井涌水量预测的地下水三维非稳定流数值模拟模型,并结合矿井生产,按矿井掘进工作面进行了平水期和丰水期两个方案的涌水量预测,获得了各工作面不同时期地下水位分别疏干到4#煤底和9#煤底的矿井涌水量。该方法将矿井涌水量预测和矿井的水文地质结构及矿井生产进度紧密结合起来,具有较高的精度。

考虑相态变化的凝析气井井筒瞬变流动分析

对于含水的凝析气藏(特别是凝析油含量较高的),由于井筒内压力和温度的变化,凝析气在井筒的相态和油气相的组成变化也较大;而且在实际的井筒流动中,往往会出现一些非稳定的因素。文中综合考虑了流动过程中相态的变化和非稳定流动因素的影响,建立了数学模型,该模型能正确地预测产水凝析气井的井筒动态。通过实例计算证明该模型的结果更符合实际情况,在流动达到稳定后,非稳定模型的计算结果和稳态模型的结果是一致的。