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本文结合国家自然科学基金“多尺度裂隙介质水流和溶质运移随机模拟研究”,主要是从试验模型方面着手,研究管道裂隙中水流和溶质运移的规律。
本文主要建立了两种试验模型,一是单裂隙圆管模型,二是交叉裂隙圆管模型。在两种试验模型中进行了水流和溶质运移试验。考虑裂隙圆管中充填不同粒径的标准砂,分析了不同支裂隙直径、不同管长的裂隙圆管中的水流和溶质运移规律,取得了以下成果。
本试验中所有的水流为线性流。在交叉裂隙圆管中,在界面突变处有水头损失,并随着平均流速和充填物粒径的变化而改变。在溶质运移试验中,首先对单裂隙圆管进行分析,并根据一维的对流弥散方程的解析解拟合穿透曲线,求解各种参数。表明孔隙度n和弥散系数a满足一个二次多项式的函数关系,相关系数R<2>=0.9974,相关性很好。对于本试验装置,随着孔隙度的增加弥散度也随着增加,呈递增关系。弥散系数与弥散度和实际平均流速有关。进一步对单裂隙圆管和交叉裂隙圆管进行对比分析,在相同条件下,两者出现峰值浓度差,峰值浓度差随着砂样粒径的增加而增大,同时发现交叉裂隙圆管的穿透曲线出现双峰值,支裂隙对主裂隙的溶质运移有影响。最后对交叉裂隙圆管进行分析,在改变支裂隙长度和管径的条件下,对比分析发现同样存在峰值浓度差,并随着粒径的增加而增加。