【摘 要】
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地下水原位热传导修复技术可以直接将热能引入含水层,提供一个合适的温度区域,从而影响污染物/修复药剂的物理/化学性质,加快地下污染物反应速率。该技术凭借其传热效率高,不受地下非均质性的限制的优势,加之不断降低的加热能耗,可以满足缩短工程修复周期,达到节约成本的目的。近年来,原位加热技术与其他修复手段结合地更频繁,如何经济有效提升地下水温度,以提高污染物去除率达到快速修复的目的,引起了人们的广泛关注。
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地下水原位热传导修复技术可以直接将热能引入含水层,提供一个合适的温度区域,从而影响污染物/修复药剂的物理/化学性质,加快地下污染物反应速率。该技术凭借其传热效率高,不受地下非均质性的限制的优势,加之不断降低的加热能耗,可以满足缩短工程修复周期,达到节约成本的目的。近年来,原位加热技术与其他修复手段结合地更频繁,如何经济有效提升地下水温度,以提高污染物去除率达到快速修复的目的,引起了人们的广泛关注。本论文基于室内地下水热传导传热实验中总结出的传热规律,利用基于有限体积法的Fluent求解软件,以多孔介质传热模型作为地下水原位热传导修复技术数学模型,分析介质热物性参数和水文地质参数对地下水传热的变化规律。从修复工程应用的角度,通过Fluent udf改变加热棒的加热方式,对加热过程中不同工况下温度场变化开展瞬态数值计算,并针对工程中的能耗问题进行优化设计。研究结论如下:(1)含水层介质的热物性参数改变了热传导的效率,从而影响地下水传热过程。含水层介质比热容增大一倍时,各时刻的温度扩散距离减小1/3,各监测点达到有效修复温度所用的时间也增加一倍;含水层介质导热系数的增大,对加热过程中有效修复温度的扩散距离影响较小,停止加热后该温度的扩散距离显著减小。(2)水文地质参数改变了地下水传热基本方式,从而影响地下水传热过程。地下水流速增大引起热对流增强,加热棒下游各监测点越早达到有效修复温度,但这一规律需要在地下水流速大于1 m/d时才显著;孔隙率越大,地下水流动越活跃,热对流作用越显著,对区域温度场的分布起主导作用。(3)分别考虑5种加热功率下粗砂、中砂、细砂、粉砂介质中温度场的变化特征。增大相同功率的情况下,介质的升温效果大小关系为:粗砂<中砂<细砂<粉砂;与加热棒距离越远,温度的增幅越小,距离加热棒2 m和2.5 m的监测点,其增幅的差值小于2℃,说明加热棒加热的有效导热半径为2 m。对于长度为2 m的加热棒,1000 W在各类型含水层中温度升温平缓,可以作为保持含水层温度的稳定功率;4000 W的有效修复半径可达2 m,加热棒的间距可以达到4m以上,满足工程的需要。(4)对不同含水层介质各设计了两套加热棒运行方案,结果表明,加热棒长5 m,间距4 m时,加热区域达到有效修复温度后可用于修复工作的时间均大于300 h,修复工作时间充裕,加热方案以能耗为优先级;间距5 m的各方案,需要保证修复周期内含水层尽快稳定在有效修复温度区间,加热方案以效率为优先级。本论文研究地下水原位热传导修复技术中的传热规律具有重要的学术意义和应用价值,其研究成果对实际生产工作具有重要的指导意义。
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