Analysis of coupled flow-reaction with heat transfer in heap bioleaching processes

A mathematical model for heap bioleaching is developed to analyze heat transfer, oxygen flow, target ion distribution and oxidation leaching rate in the heap. The model equations are solved with Comsol Multiphysics software. Numerical simulation results show the following facts： Concentration of oxygen is relatively high along the boundary of the slope, and low in the center part where leaching rate is slow. Temper- ature is relatively low along the slope and reaches the highest along the bottom region near the slope, with difference being more than 6℃. Concentration of target mental ions is the highest in the bottom region near the slope. Oxidation leaching rate is relatively large in the bottom and slope part with a fast reaction rate, and small in the other part with low oxygen concentration.

成矿流体的流动-反应-输运耦合与金属成矿

中国著名的铜官山、冬瓜山、新桥等铜、金和硫化物矿床均赋存于上泥盆统五通组砂岩、石英砂岩和中、上石炭统的黄龙组碳酸盐岩不整合面或假整合面邻近。研究表明两个地质事件引发该区形成成因相同或相似的金属矿床。该区具有特定的岩性和地层组合 ;岩浆侵入到该地层组合的同时带进成矿物质和热能 ,热能又驱动成矿流体在岩体周边循环流动。文中对流体从含黄铁矿砂岩流到不整合面时产生的流体流动矿物溶解物质输运沉淀堆积的成矿过程进行了研究和分析 ,提出了一套用于描述热液成矿流动扩散反应过程耦合的偏微分方程组 。

污泥-废水2相湍流与生物反应耦合模型及应用

建立污泥-废水2相湍流与生物反应动力学耦合模型,实现对反应器污水两相3维流场及浓度场的同时模拟.采用活性污泥2号模型(ASM2)描述运输方程中的反应速率项、两相流混合物模型描述活性污泥-废水2相湍流的水力特性,并纳入污泥沉降运动;通过数字粒子图像测速研究紊动条件下污泥沉降特性,对传统污泥沉降模型进行水力湍动影响修正,实测污水处理厂氧化沟流场与组分浓度以验证模型,数值模拟了不同曝气方式下氧化沟污泥-废水2相流场与水质,结果表明:流速是影响污泥沉积和水质浓度分布的主要因素,曝气方式的差异直接影响出水效果,在所研究的污水厂中采用半日间歇曝气方式运行,可提高出水效果,并降低能耗约23.84%.

细菌堆浸中流动-反应-传热耦合过程数值模拟分析

针对辉铜矿微生物浸出过程进行数学建模,利用Comsol Multiphysics软件对浸堆中热量传递、氧气流动、目的金属离子分布以及氧化转化率等进行数值模拟分析.结果表明:沿堆体斜坡边界处氧的浓度较大,而在堆的中央部分,氧气的浓度非常小,导致这部分区域浸出反应缓慢;沿浸堆边坡处的温度偏低,温度最高的部分在底部区域附近靠近边坡位置处,且温度升高值超过6℃;矿堆底部靠近边坡区域目的金属离子浓度最高;靠近底部和斜坡部分,浸出反应速率快、氧化转化率高.矿堆的其余部分,因氧浓度低,导致浸出反应速率缓慢、氧化转化率低.

汽油催化改质反应过程数值模拟

在汽油催化反应动力学模型和气固两相流动模型的基础上,建立了汽油改质反应过程流动-反应耦合模型。针对不同的转化反应器构型(提升管、提升管-床层反应器),对汽油改质过程进行了数值模拟。模拟结果表明,对提升管反应器而言,汽油经过低温改质反应后,烯烃含量可以从35.1%降低到18%左右,烯烃降低幅度可达48%,汽油中烯烃主要转化为异构烷烃。另外,随着反应温度的升高,汽油转化反应中的裂化反应增强,导致汽油收率下降。对于提升管-床层反应器而言,汽油中的烯烃含量可以降得更低,在床层空速4时,烯烃含量可以降低到5%左右,汽油收率为80%左右。

基于表面反应和扩散迁移控制的灰岩单裂隙渗流—溶解模型及其数值模拟

针对碳酸盐类可溶岩地区水电站坝址流场、化学场及固相介质属性等随时间发生改变对工程安全运行造成不利影响等问题,研究了灰岩地区地下水运移过程中各物理场间的相互作用,分析了影响灰岩溶解速率的2个因素,即表面反应控制和扩散迁移控制。在此基础上,建立了单裂隙中的渗流—溶解耦合模型,并进行数值求解。模拟结果表明:在垂直裂隙延伸方向,其溶蚀锋面不为齐整平面,而是呈似"虫洞"状非均一变化,而沿裂隙延伸方向即自上游侧向下游方向溶蚀程度逐渐减轻;通过裂隙的流量呈现随时间逐渐增大的趋势,但变幅不大;根据流量求得的等效水力隙宽,其增幅和增长速率均小于实际平均隙宽;同时,化学场中Ca2+浓度的分布与裂隙开度变化具有相似性,不同时刻上游侧反应速率R均大于下游侧;就反应机制而言,初期均受表面反应控制,随反应进行,位于上游的补给区部位转为受扩散迁移控制,但在下游位置仍受表面反应控制。

某铀矿原地浸出的GMS模拟研究

GMS(Groundwater Modeling System)对某铀矿的原地浸出采铀中流动反应进行模拟,是一个动态的反应输运过程的模拟.在模拟中,把整个溶浸采铀过程分为酸化期、生产期和溶浸末期三个阶段.模拟采用某矿山的地质参数及生产中的抽注情况,模拟结果在一定程度上反应了溶浸采矿过程中的地下水活动,对原地浸出采铀的生产甚至整个地下溶浸采矿有着重要的指导意义.

不同溶蚀速率对灰岩单裂隙渗流-溶解模型的影响

我国岩溶分布面积较广,为研究其裂隙发育变化常采用数值模拟手段,而不同溶蚀速率表达对模型计算结果影响较大。为比较不同机理下溶蚀速率方程的影响,考虑表面反应或扩散迁移的单一因素控制以及两者联合控制,并以灰岩平行板单裂隙为例,建立基于不同溶蚀速率的渗流-溶解耦合模型并进行求解。比较各模型结果可以看出:当反应速率仅考虑单一因素时,溶蚀深度相对较浅、溶蚀量较少,且通过裂隙的流量也较小,尤其是流量陡增的“临界点”更是远滞后于两因素联合控制的临界点。因此,长期溶蚀作用下基于不同溶蚀速率的模型结果差异较为显著,在实际应用时应根据研究部位和研究时段选择合适的溶蚀速率方程。

用格子玻尔兹曼方法研究流动-反应耦合的非线性渗流问题

根据格子玻尔兹曼计算技术以及相应渗流理论 ,对多孔介质内流动 反应 (矿物介质的溶解等 )耦合这一非线性渗流问题进行了数值研究 ,计算结果与解析解基本符合 .数字图像重构技术反映的结果表明流体流动和反应之间可以发生强烈的耦合和反耦合作用 ,同时可以形成条带结构这一自组织现象 。

污泥厌氧消化反应器CFD数值模拟研究进展

污泥作为典型的不透明非牛顿流体,在厌氧消化反应器内的流场具有复杂性,难以直接进行流场测试分析。结合计算流体力学(CFD)技术,分析污泥厌氧消化反应器内的流场分布情况,探讨污泥在反应器内混合效果和对消化过程的影响,以验证校核反应器优化设计和运行,改善污泥在消化反应器内的流动和混合性能并最终提高反应器性能。在综合文献及前期研究工作的基础上,系统分析并重点关注了CFD数值模拟过程当中多相流模型和湍流模型的选取、污泥流变特性应用、反应器流场评估优化及耦合生化模型等的研究现状及进展,总结了目前污泥厌氧消化反应器CFD数值模拟过程存在的问题。并指出在考量污泥流变学特性的基础上,利用传质模型将反应器流场和生化过程相耦合,构建流场-生化耦合模型,获取基质转化规律,为优化污泥厌氧消化反应器设计运行提供理论依据,是CFD应用于厌氧消化反应器数值模拟的发展方向。

堆浸工艺中流动-反应-传热耦合过程数值模拟

通过建立一组瞬态的流、固、热全耦合方程组,对浸出过程中浸堆内的温度、氧相对浓度、目的金属离子浓度等分布进行数值模拟.分析结果表明:沿堆体斜坡边界处氧的浓度较大,而在堆的中央部分,氧气的浓度非常小,导致这部分区域浸出反应缓慢;沿浸堆边坡处的温度偏低,温度最高的部分在底部区域附近靠近边坡位置处,且温度升高值超过6℃;矿堆底部靠近边坡区域目的金属离子浓度最高.本文的数学建模与数值模拟方法对研究城市风暴潮洪水演进过程具有指导意义.图4,表1,参9.