深海采矿细颗粒羽状流数值模拟研究

深海采矿尾矿排放产生的细颗粒羽状流会对海底生态环境造成影响,预测尾矿排放羽状流行为及其对环境影响具有工程意义。基于欧拉多相流方法,采用欧拉双流体模型对深海采矿细颗粒羽状流开展数值模拟研究,分析近海底排放的羽状流演化和发展过程,探究羽状流初始排放质量浓度、排放速度对羽状流扩散过程的影响。结果表明：初始排放条件对羽状流演化性质有重要影响。主射流区被稀释的程度随着初始入射速度的增大而减小,随着入射质量浓度的增大而增大;初始羽状流入射速度和质量浓度越大,撞击海底后的水平方向流动速度越快,影响区域越广;水平速度的峰值随着初始入射速度的增大呈对数增长;当初始质量浓度和速度高于50 g/L和 0.5 m/s 时可能会导致颗粒在海底撞击点附近堆积成坡状,影响底流的后续发展。研究结果可以为深海采矿尾矿排放参数选择提供参考。     

填含比与单井出水量及井水泥沙含量关系探讨

通过对填含比与单井出水量及井水泥沙含量试验资料的分析,建立了水量与填含比关系方程式,由此式计算不同填含比条件下单井出水量增长率.通过分析不同填含比条件下单井出水量增长率关系及井水泥沙含量资料,得出适宜细颗粒地层分布区成井的最佳填含比为15～20.这一结论对地下水的合理开发利用有一定的指导意义.     

长江口北槽黏性细颗粒泥沙特性的试验研究

选用长江口北槽黏性细颗粒泥沙,在不同盐度的人工海水中通过静水沉降、动水沉降等各种试验手段了解其基本特性。在静水沉降管中观测了胶粒的电化学絮凝过程和重力碰并过程,于不同盐度条件下找出最佳絮凝盐度;并通过黏性细颗粒泥沙在流动海水中絮凝的试验研究,揭示其在动水中絮凝的机理和规律,及不同条件下的起动流速、不淤流速、沉降速度等特征值,从而分析其落淤情况。研究结果表明,长江口北槽细颗粒黏性泥沙的最佳絮凝盐度约为15,起动流速为15~20 cm/s,这与泥沙的淤积固结时间有关,而不淤流速约为60 cm/s。并由试验得到了挟沙力与流速之间的经验关系,以及用于估算不同流速条件下泥沙沉降速度及淤积量的经验公式。这些结果可用于长江口航道的疏浚、整治工作中,具有一定的理论指导意义。     

长江口动水絮凝沉降与拦门沙淤积的关系

根据１９８２年４月－１９８３年３月长江口南槽３个站位全年逐月大湖的水化学成分、悬沙粒度与粘土矿物资料，１９８４－１９９２年在环形水槽中获得的近百个组次的动水絮凝沉降试验研究资料，以及长江口细颗粒泥沙、浮泥与底质研究成果，对拦门沙形成过程及其机理进行综合研究。     

细颗粒运移对土体力学特性的影响

在渗流条件下,松散土体中的细颗粒会逐渐被水流带走,从而改变土体的颗粒级配及微结构,进而影响土体的宏观力学参数如强度和弹性模量等。本文针对土体中细颗粒迁移对土体宏微观参数的影响,开展基于核磁共振仪器的微观孔喉结构观测实验及基于孔隙网络模型的计算。研究表明,沿土体深度方向细颗粒随孔隙渗流而下移,中部聚集程度最高,这样导致中部小孔隙明显大于上部和下部。在渗流过程中,孔隙水并不能充满整个区域,上、中、下部均存在没有被水波及的范围,中部未波及范围最大,渗流通道最少,相同流量下的孔隙水压更高,因此中部的强度和刚度变化也最大。     

细颗粒泥沙动水絮凝沉降的基本特性

以流速为主要参变量,在长度为339.3m的往复式直水槽中进行细颗粒泥沙絮凝沉降试验,试验得到了垂线平均含沙量、絮凝现象、垂线含沙量梯度、泥沙粒度四方面的沿程变化规律。通过对以上四方面变化分析,细颗粒泥沙动水絮凝沉降的基本特性是:动水絮凝沉降速率和沉降量受碰撞絮凝概率与剪切破碎概率、絮凝体所受外力与本身抗力两大关系的制约,而流速又通过制约以上两大因素的变化,成为制约絮凝沉降速率和沉降量的主要因素。     

紊流对粘性细颗粒泥沙絮凝影响

以分形聚集生长模型为基础,通过三维模拟泥沙颗粒在布朗运动、重力沉降和紊流作用下的碰撞、粘结和破碎过程,探讨了紊流对粘性细颗粒泥沙絮凝速度、絮团平均粒径及分形维数的时空影响。试验结果表明:紊流作用下,泥沙絮凝及絮团平均粒径的变化可分为加速段、等速段和减速段,絮凝等速段的作用时间及粒径等速增长段的速度均随紊动强度呈先增后减的规律,且中部区域的絮凝速度和絮团平均粒径较小;泥沙絮团分形维数随水流紊动强度的增加逐渐增大,最终趋于稳定,随时间呈先减后增的规律。模拟空间下部区域分形维数最大,上部次之,中部最小。     

波浪作用下细颗粒泥沙起动试验研究

长江口北槽中下段滩面泥沙以粉砂和极细砂为主,在风浪条件下极易起动,形成近底高浓度含沙层,成为航道淤积的重要泥沙来源。采用长江口北槽中下段滩面现场泥沙,进行了波浪作用下泥沙的起动试验研究。试验结果表明:相同水深条件下,波浪周期越长,泥沙的起动波高越小;相同波浪周期条件下,水深越大,泥沙起动波高越大;对于自然密实1天的泥沙,波浪作用下的起动临界剪切力平均约为0.325 N/m2。本次试验结果和已有的波浪起动公式计算结果以及已有的试验结果进行了比较分析,结果均比较一致。     

AlCl3对细颗粒泥沙絮凝沉降的影响

铝类絮凝剂对细颗粒泥沙絮凝沉降有重要作用,常应用于浑水澄清、农业污水处理等研究中。在AlCl₃浓度为0～1.7mmol/L,泥沙浓度为10g/L时,用吸管法研究了AlCl₃对细颗粒泥沙絮凝沉降的影响,结果表明:在液面下同一深度,泥沙浓度随时间呈指数衰减;悬液经多次搅拌后再沉降,其沉速减缓;当AlCl₃浓度为0.9～1.7mmol/L时,出现明显的清浑水交界面,交界面随时间等速下降,平均沉速为4.756cm/min,对应的絮团平均粒径为0.0315mm;土娄土絮凝临界粒径为0.027mm。     

Seasonal variations of number size distributions and mass concentrations of atmospheric particles in Beijing

Particle number and mass concentrations were measured in Beijing during the winter and summer periods in 2003, together with some other parameters including black carbon (BC) and meteorological conditions. Particle mass concentrations exhibited low seasonality, and the ratio of PM2.5/PM10 in winter was higher than that in summer. Particle number size distribution (PSD) was characterized by four modes and exhibited low seasonality. BC was well correlated with the number and mass concentrations of accumulation and coarse particles, indicating these size particles are related to anthropogenic activities.Particle mass and number concentrations (except ultra-fine and nucleation particles) followed well the trends of 13C concentration for the majority of the day, indicating that most particles were associated with primary emissions. The diurnal number distributions of accumulation and coarse mode particles were characterized by two peaks.