一维多组分溶质运移模型研究

来源 :北京工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:ghj1983
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在多种环境岩土工程项目的运营中,溶质运移具有多组分的特征,例如垃圾填埋场、疏浚底泥及废弃工业场地中的污染物均为多元混合物。多组分溶质进入多孔介质内,组分间及组分与多孔骨架将发生复杂的物理、化学、生物等变化,这些变化影响溶质在空间和时间上的分布,因此合理准确描述多组分溶质运移规律,具有极其重要的理论意义和工程实践价值。本文针对多组分溶质在饱和土体中的一维运移规律开展了初步探究,主要内容和结论如下:  (1)本文基于Maxwell-Stefan扩散理论,在多组分溶质扩散过程中引入组分与骨架(多孔介质壁)间摩擦作用,假定该摩擦力正比于组分与骨架的相对速度。通过扩散驱动力等于扩散阻力,建立了多组分溶质扩散方程。并从混合物中组分线性动量平衡出发推导了多组分混合物质量传递方程。在一定假定条件下,多组分混合物质量传递方程可以退化到,基于Maxwell-Stefan扩散理论建立的多组分溶质扩散方程。验证了建立的多组分溶质扩散方程的正确性,揭示了该方程潜在的理论原理。  (2)通过建立的多组分溶质扩散方程,并结合不同类型的吸附模式,同时考虑对流作用及溶质分子扩散平均自由程与孔隙尺寸间关系,在代表性单元体内由质量守恒定律建立一维多组分溶质运移模型,所建模型能够体现多组分溶质运移过程中组分间的相互竞争、碰撞摩擦作用。  (3)以Cu2+、Ni2+两种重金属离子为例,运用Comsol Multiphysics有限元软件对建立的不同吸附模式下的多组分溶质运移模型进行了数值计算,并将多组分溶质运移和基于Fick定律的单组分溶质运移规律开展了对比分析。结果表明多组分溶质运移过程中组分间的竞争吸附作用、摩擦作用及组分与骨架(多孔介质壁)间的摩擦作用阻滞了各自组分的运移进程,并且这种阻滞作用随运移时间的增加而增大,研究结果能够为各类堆场设计合理经济防污屏障提供理论依据。
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