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填埋气体运移的多场耦合理论分析及数值模拟研究
  • 项目名称:填埋气体运移的多场耦合理论分析及数值模拟研究
  • 项目类别:青年科学基金项目
  • 批准号:50309015
  • 申请代码:E090301
  • 项目来源:国家自然科学基金
  • 研究期限:2004-01-01-2006-12-31
  • 项目负责人:薛强
  • 负责人职称:研究员
  • 依托单位:中国科学院武汉岩土力学研究所
  • 批准年度:2003
中文摘要:

基于多孔介质流体动力学、传热传质学和环境动力学原理,考虑温度、水分和介质变形等耦合作用对填埋气体运移的影响,结合实验结果发展控制耦合过程的本构模型,建立多场耦合相互作用下填埋气体运移动力学模型,给出模型的数值方法,并实现耦合系统的软件化。以此为工具,预测多场耦合作用下填埋气体运移的动态行为及过程,对影响气体运移过程中各因素之间的相互制约关系进行定量化分析,找出相关的基础数据,为垃圾气体的资源化利用提供理论依据。本项目的研究成果不仅为填埋场气体安全控制系统的工程设计和管理提供科学依据,而且对填埋气体二次污染的防治及气体回收利用具有重要的理论与实际价值。

结论摘要:

填埋气体的迁移过程是一种多场多相多组分的非线性渗流问题。本项目在考虑气体滑脱效应条件下,建立了垃圾填埋气体渗流数学模型,采用摄动法及积分变换法给出了模型的解析解,结果表明考虑滑脱效应条件下气体压力小于未考虑滑脱效应条件下气体压力,且得到的滑脱解与实测数值吻合较好。随着抽气量和时间的增加,其差别愈加明显。因此,研究填埋气体渗流时不能忽略滑脱效应;基于多孔介质渗流力学-热力学理论,建立了垃圾填埋气体运移过程渗流-应力-温度场耦合模型,通过解析分析和数值方法对气体压力分布规律进行了可视化分析,结果表明温度对于填埋气体运移有较大的影响,耦合作用不能忽略;提出将垃圾填埋场视为非饱和传输介质,建立了填埋气体迁移演化的气-水两相耦合数值模型。数值仿真结果表明垃圾存放的年份越久,产量下降越缓慢。封场a年与封场b年后产量的比值同气体压力比值基本相同;随着水相饱和度的增加,气体产量呈下降趋势;应用渗流力学和参数反演辨识最优化理论,对K-S-P模型参数进行了数值反演,并对不同质地土壤的实验测试值进行对比分析,验证了模型的适定性和可靠性。以上成果为填埋气体的污染控制及资源化利用提供了理论依据。


成果综合统计
成果类型
数量
  • 期刊论文
  • 会议论文
  • 专利
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  • 8
  • 0
  • 1
  • 1
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