岩溶管道结晶堵塞水动力-化学反应耦合模拟对比研究

P642.25%U452.11; 岩溶隧址区含水层内的高矿化度地下水渗入排水管道中,由于温压条件的改变,会导致渗流结晶从而堵塞排水管道.为定量化研究隧道排水系统结晶堵塞过程,本文首次构建了考虑管道水动力场、浓度场和化学反应场耦合的排水管岩溶水结晶堵塞模型,采用动网格和水平集方法定量刻画隧道排水系统结晶堵塞过程,开展模拟对比研究,分析温度、流速和溶液浓度等因素对结晶堵塞的影响程度.结果表明:(1)两种方法均能实现结晶堵塞过程的模拟预测,其中动网格方法建模简单,且求解精度高;水平集方法可追踪拓扑结构的变化,模拟管道完全堵塞的过程;(2)纵管内流速普遍大于横管,横管内CaCO3 晶体浓度高于纵管,因...

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Published in中国岩溶 Vol. 42; no. 2; pp. 245 - 256
Main Authors 毛成君, 杨蕴, 吴剑锋, 董平, 吴吉春
Format Journal Article
LanguageChinese
Published 南京大学地球科学与工程学院,江苏南京 210023%河海大学地球科学与工程学院,江苏南京 211100%南京大学地球科学与工程学院,江苏南京 210023 01.04.2023
南京水联天下海水淡化技术研究院,江苏南京 210046
Subjects
岩溶隧道
数值模拟
动网格
水平集
结晶堵塞
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ISSN1001-4810
DOI10.11932/karst2021y37

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Summary:P642.25%U452.11; 岩溶隧址区含水层内的高矿化度地下水渗入排水管道中,由于温压条件的改变,会导致渗流结晶从而堵塞排水管道.为定量化研究隧道排水系统结晶堵塞过程,本文首次构建了考虑管道水动力场、浓度场和化学反应场耦合的排水管岩溶水结晶堵塞模型,采用动网格和水平集方法定量刻画隧道排水系统结晶堵塞过程,开展模拟对比研究,分析温度、流速和溶液浓度等因素对结晶堵塞的影响程度.结果表明:(1)两种方法均能实现结晶堵塞过程的模拟预测,其中动网格方法建模简单,且求解精度高;水平集方法可追踪拓扑结构的变化,模拟管道完全堵塞的过程;(2)纵管内流速普遍大于横管,横管内CaCO3 晶体浓度高于纵管,因此结晶堵塞主要发生于横管中;(3)温度和溶液浓度与结晶速率呈正相关关系,管内流速与结晶速率呈负相关关系.本文构建的考虑水动力-化学反应耦合的结晶堵塞数值模型可为岩溶隧道堵塞早期识别与安全评价提供技术支撑.
ISSN:1001-4810
DOI:10.11932/karst2021y37