原位热传导修复有机污染土壤温度场模拟研究

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近年来随着经济社会发展,因工厂异地搬迁等原因产生的有机污染场地修复需求日益增加,土壤修复产业发展迅速。本文基于多孔介质相关理论,借助数值模拟方法对原位热传导(Thermal conduction heating,TCH)修复技术实施过程中的温度场变化开展模拟计算研究,将蒸发干燥模型应用到原位热脱附的温度场模拟预测中去,本文得出的主要结论如下:多孔介质蒸发模型计算所得1-3号温度监测井温度平均值在16个时间点中与中试试验偏差最大值为23.6℃,偏差最小值为0.1℃,多孔介质蒸发干燥模型从温度变化的整体趋势上能够较好描述原位热脱附温度场变化过程。棒状热源的热修复范围与土壤中热量传递过程有关,与热源距离的远近直接影响到温度变化快慢,近热源区域温度变化速率较快,前期蒸发率相对较大;垂直方向上在超出加热棒深度以外区域温升速率较慢。温度场变化与湿度场变化存在较强的关联性,水分含量会影响温升时间和热修复范围,初始含水率对温升曲线有较大影响,这是由于蒸发质量源项与水分较高的汽化潜热值所导致。较高的初始含水率将导致较长的温升停滞阶段,高含水率土壤在加热初始阶段因为湿土的导热系数较大因此温升速度较快;从整个加热周期来看,低含水率土壤因为水分更早蒸干,较快结束温升停滞阶段。热量传递具有延迟性,污染场地在停止加热后保温一段时间,低温区域利用热量传递的延迟性及余热将继续持续升温一段时间,有助于提升整体修复效果。场地土壤种类质地对温升曲线有较大影响,受土壤属性中的基本物理参数包括导热系数、比热容等影响;土壤的渗透性对加热效果具有显著影响,当渗透性较好时,孔隙间液体流通能力提升,促进了温度的提升。加热棒作为修复场地的能量来源,间距和排列方式对于场内温度大小及温度分布均匀性有较大影响。在考虑同一区域且同样加热棒数量的情况下,较密集的间距会导致加热棒临近区域较好的温升效果,但因有效加热半径的限制,场内温度分布均匀性较差,不利于整体修复效果提升,在结合成本条件下覆盖整个场地且尽量密集的排布会取得较优温升效果。在相同修复区域以及加热棒数量和间距条件下,三角形排布方式在所取16个温度测点温度平均值高于六边形排布方式,但温度场分布均匀性较差,三角形排布在工程应用中应保证边缘区域的热源全覆盖以保证整体修复效果的可靠性,六边形排布方式应考虑保证足够的修复时间。
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