超音波作用下飽和多孔介質中膠體加速遷移規律研究

《超音波作用下飽和多孔介質中膠體加速遷移規律研究》是依託華僑大學，由陳星欣擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：超音波作用下飽和多孔介質中膠體加速遷移規律研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：陳星欣
• 依託單位：華僑大學

項目摘要

研製一個可控制超音波、施加圍壓以及調整高度的土柱壓力室裝置，研究超音波作用下飽和多孔介質中膠體加速遷移機理。進行不同超音波荷載下膠體加速遷移試驗，分析變化超音波荷載情況下膠體遷移、膠體釋放、超音波衰減以及溫度等隨時間的演化規律。研究不同粒徑的膠體在不同高度土柱中的遷移特性，探索超音波對膠體的驅動效果隨距離的變化規律以及膠體加速遷移的粒徑效應。基於超音波的傳播規律和膠體的遷移過程，建立一個考慮超音波效應、溫度、滲流速度以及介質變形耦合影響的膠體加速遷移模型。利用Laplace和Fourier變換，對不同超音波荷載和不同遷移距離情況下的膠體加速遷移問題進行理論求解，並與室內試驗結果比較分析。研究成果可為地下污染物治理、地下水開採、核廢料處置以及城市固體廢棄物填埋等工程提供理論基礎。

結題摘要

自行研製了一種靈敏度高的超音波控制土柱壓力室系統，該系統可滿足對土柱施加超音波和圍壓、調節土柱高度以及測試土柱變形的需要。利用自行設計的試驗裝置，開展不斷增大超音波激勵顆粒釋放遷移特性的試驗，並就超音波激勵顆粒遷移隨滲流速度變化以及超音波對顆粒的驅動效果隨距離的演化規律進行多種比較試驗。其次，自行設計了一種振動控制非飽和土柱試驗系統，用固定-自由型系統對土柱施加軸向激振和扭轉激振，克服現有常規滲流試驗設備不能考慮振動激勵和飽和度的缺陷，可開展不同振動激勵和土柱飽和度下滲流及污染物遷移特性試驗、並且可調節圍壓、可對振動衰減頻率以及土柱變形等進行精確控制和量測。理論研究方面，對經典的顆粒遷移模型進行修正，建立一種飽和多孔介質中顆粒釋放-遷移模型，給出點源和線源形式下的瞬時釋放和釋放濃度按指數規律衰減情況的解析解。其次，建立考慮尺寸排除、沉積以及攔截等微觀特性的顆粒三維加速遷移模型，通過數理方法對三維顆粒遷移模型進行解析求解，給出了顆粒濃度演化過程的解析表達式，討論了不同時間、距離、沉積係數、彌散係數等因素對顆粒加速遷移特性的影響。此外，建立考慮吸附-解吸效應的顆粒加速遷移問題控制方程，利用多重Fourier變換、Laplace變換給出其在變換域上的解，繼而通過其逆變換建立半無限大飽和多孔介質內顆粒瞬時和周期性注入情況下點源和面源問題的解析解的基本解，並將試驗和理論計算結果進行對比分析。