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再悬浮底泥中非吸附性污染物释放的数值模拟

力学学报 2020年第3期52卷 689-697页

作者：程鹏达朱心广冯春王晓亮中国科学院力学研究所北京100190 中国科学院大学工程科学学院北京100049 北京理工大学北京100081

环境水动力学中,湖库底泥中污染物释放是人们研究的主要问题之一.在水动力学条件作用下,污染底泥再悬浮使大量污染物被重新释放出来,造成水体的二次污染.本文基于水槽实验研究提供的大量实测数据,建立上覆水体-底泥-污染物的耦合力学模... 详细信息

环境水动力学中,湖库底泥中污染物释放是人们研究的主要问题之一.在水动力学条件作用下,污染底泥再悬浮使大量污染物被重新释放出来,造成水体的二次污染.本文基于水槽实验研究提供的大量实测数据,建立上覆水体-底泥-污染物的耦合力学模型.在上覆水体不同流速条件下,数值模拟底泥起动再悬浮过程以及污染物释放过程.分析流场特性和污染物浓度之间的关系,得到速度、颗粒体积分数、污染物浓度、湍动能以及时间等参数之间的定量关系.研究表明,底泥再悬浮污染物释放过程,是由上覆水体-底泥-污染物构成的耦合过程.迅速进入上覆水体的底泥颗粒,影响了上覆水体流动特性,进而影响到污染物的释放.对于非吸附性污染物,底泥起动后复杂的流场特性是底泥再悬浮污染物释放的主要影响因素.当流场特性(如雷诺数)改变时,对流和湍流扩散作用在污染物输运过程贡献不同.建立上覆水体-底泥-污染物的耦合模型,研究水动力学条件与底泥污染物释放规律的定量化关系,可为构建湖库区域水污染模型提供支撑.

关键词：底泥污染物再悬浮湍动能颗粒体积分数浓度

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核反应堆中气溶胶颗粒再悬浮行为研究进展

原子能科学技术 2023年第11期57卷 2049-2066,I0001页

作者：彭威王竞弘王晓钟孙琦于溯源清华大学核能与新能源技术研究院先进核能技术协同创新中心先进反应堆工程与安全教育部重点实验室北京100084 清华大学能源与动力工程系热科学与动力工程教育部重点实验室北京100084

在核反应堆中,微细的粉尘颗粒通常是放射性物质的重要载体,严重事故下沉积在壁面上的颗粒在瞬态气流作用下发生的再悬浮行为是反应堆放射性源项分析的重要内容。发生再悬浮的颗粒通常呈现单层或多层的颗粒沉积结构,从物理过程来说,单层... 详细信息

在核反应堆中,微细的粉尘颗粒通常是放射性物质的重要载体,严重事故下沉积在壁面上的颗粒在瞬态气流作用下发生的再悬浮行为是反应堆放射性源项分析的重要内容。发生再悬浮的颗粒通常呈现单层或多层的颗粒沉积结构,从物理过程来说,单层颗粒的再悬浮过程取决于气流对颗粒的气动力以及壁面对颗粒的黏附力,而多层颗粒再悬浮过程还与沉积颗粒层的结构、颗粒与颗粒之间的内聚力等密切相关,此外,在核反应堆中,冷凝液滴带来的毛细力以及高温烧结导致的烧结力等作用使得颗粒的再悬浮过程更加复杂。本文首先介绍了颗粒再悬浮的几种运动模式以及影响因素,再从颗粒受力分析的角度介绍了再悬浮过程中主要的作用力和作用特点,然后介绍了目前研究颗粒再悬浮的方法以及发展出来的各种计算模型,最后总结了目前压水堆、高温气冷堆以及聚变堆中颗粒再悬浮研究的进展。

关键词：核反应堆气溶胶颗粒再悬浮源项分析

风浪对湖泊沉积物再悬浮的影响及工程抑制研究

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环境工程 2023年第12期41卷 247-255页

作者：黄胜中交第二航务工程局有限公司武汉430040 长大桥梁建设施工技术交通行业重点实验室武汉430040

风浪引起沉积物再悬浮会直接影响水体光照条件,促进沉积物中污染物的释放,对湖泊生态系统的构建产生着重要影响。采用已发表数据验证了风浪要素和风浪切应力经验计算公式在浅水湖泊中的适应性,并从浅水湖泊风浪扰动机理出发,提出了临界... 详细信息

风浪引起沉积物再悬浮会直接影响水体光照条件,促进沉积物中污染物的释放,对湖泊生态系统的构建产生着重要影响。采用已发表数据验证了风浪要素和风浪切应力经验计算公式在浅水湖泊中的适应性,并从浅水湖泊风浪扰动机理出发,提出了临界起动应力简化计算方法和适用条件并加以验证。最后,基于简化模型和风致再悬浮影响评估方法研究了风浪对金湖水生态修复的影响,结合生态围隔、综合底质改良剂和复合微生物菌剂等综合措施,恢复金湖沉水植物150万m^(2)。研究结果可用于评估风浪对浅水湖泊沉积物再悬浮的影响,为浅水湖泊水生态修复、内源污染治理工程设计提供理论参考。

关键词：浅水湖泊风浪扰动再悬浮计算模型生态修复

GASFLOW中气溶胶再悬浮模型与RnR模型对比研究

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原子能科学技术 2020年第12期54卷 2424-2430页

作者：黄挺江斌陈炼国核华清(北京)核电技术研发中心有限公司北京102209

以用于RnR模型验证的气溶胶再悬浮试验的设计参数及条件为基础,利用GASFLOW程序构建分析模型进行模拟计算,并与RnR模型的计算结果和试验数据进行对比。研究结果表明:在发生再悬浮的主要阶段,GASFLOW能较好地模拟气溶胶再悬浮行为;在较... 详细信息

以用于RnR模型验证的气溶胶再悬浮试验的设计参数及条件为基础,利用GASFLOW程序构建分析模型进行模拟计算,并与RnR模型的计算结果和试验数据进行对比。研究结果表明:在发生再悬浮的主要阶段,GASFLOW能较好地模拟气溶胶再悬浮行为;在较低气流速度的条件下,RnR模型分析结果更接近试验数据;在较高气流速度的条件下,GASFLOW再悬浮模型分析得出的结果更加保守。为提升计算结果的准确性,建议加入对黏附力概率分布特性的考虑,并进一步研究在GASFLOW中开发RnR模型的可行性。

关键词： RnR模型 GASFLOW 气溶胶再悬浮黏附力

再悬浮条件下沉积物内源磷迁移-转化机制研究进展

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水科学进展 2013年第2期24卷 287-295页

作者：郑西来张俊杰陈蕾中国海洋大学海洋环境与生态教育部重点实验室山东青岛266100

对沉积物再悬浮的驱动力及其耦合效应、再悬浮-内源磷迁移转化机制及主要影响因素进行了阐述,探讨了该领域未来可能的研究方向。相关研究发现,沉积物再悬浮的各种驱动力既可以单独作用也可相互耦合,其耦合效应具有显著的时空变异性;再... 详细信息

对沉积物再悬浮的驱动力及其耦合效应、再悬浮-内源磷迁移转化机制及主要影响因素进行了阐述,探讨了该领域未来可能的研究方向。相关研究发现,沉积物再悬浮的各种驱动力既可以单独作用也可相互耦合,其耦合效应具有显著的时空变异性;再悬浮使还原态沉积物暴露于有氧环境,沉积物中铁、锰的氧化以及沉积物颗粒的吸附促进了内源水溶态无机磷(SRP)的去除,而进入水体的内源有机磷则通过生物矿化和光化学分解转化为SRP;沉积物物化特征、水动力、水生生物以及水体理化性质等因素控制着再悬浮过程中内源磷的迁移和转化。指出再悬浮条件下沉积物内源磷迁移转化的多过程耦合效应、沉积物中磷形态的转化及其生物有效性、内源有机磷矿化与光化学分解机制及其调控因素将是本领域需要进一步研究的重点。

关键词：沉积物-水界面再悬浮扰动内源磷迁移-转化

再悬浮扰动下巢湖水-沉积物界面重金属的释放

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再悬浮扰动下巢湖水-沉积物界面重金属的释放

作者：张雨笛合肥工业大学

学位级别：硕士

重金属污染长久以来是国内外学者研究的焦点,湖泊底泥作为水环境各类污染物沉降的富集中心,承担着水环境物质交换与生物地球化学循环的重要角色。沉积物是重金属“汇”的同时,也是水体重要的内在污染源,受到外部扰动的沉积物会发生再悬... 详细信息

重金属污染长久以来是国内外学者研究的焦点,湖泊底泥作为水环境各类污染物沉降的富集中心,承担着水环境物质交换与生物地球化学循环的重要角色。沉积物是重金属“汇”的同时,也是水体重要的内在污染源,受到外部扰动的沉积物会发生再悬浮,并引起部分不稳定的重金属重新释放回上覆水体。近年来,巢湖流域水环境外源污染输入得到有效管控,但重金属依旧是湖区水环境恶化的重要污染物。因此本文以巢湖流域南淝河入湖口、西半湖与东半湖的湖心三处采样点的表层沉积物为研究对象,调查了巢湖典型水域的水质及沉积物的理化特征,以Zn、Ni、Hg、As、Pb、Cu、Cr为参考元素,分析水环境与沉积物的重金属分配特征与水动力特征,并通过Y型再悬浮装置探究沉积物在不同扰动强度和持续时间的条件下上覆水体重金属含量的变化情况,基于扰动期间含量的变化特征更加深入把握沉积物再悬浮对重金属浓度增加的风险状况,对水体内源次生污染做更有效的科学防控。通过研究得出以下结论:(1)湖区三个典型采样点处氨氮、COD、总氮、有机质的含量均较高,受到夏季蓝藻爆发、水温升高等影响,湖区水质富营养化形势依然严峻;西半湖区重金属尤其汞元素污染较严重,整体高于东湖心重金属含量。沉积物中重金属含量均超出了背景值,且Cr、Ni主要以残渣态为主,而Zn、Pb有效态占比很高,Zn主要为弱酸提取态与氧化态,Pb主要存在于氧化态和还原态中。(2)沉积物再悬浮过程中,三处研究点的悬浮颗粒物含量、p H和DO均与物理扰动的强度、时间有相关联系;南淝河入湖口上覆水体重金属含量整体随水体流速和颗粒物悬浮时间的增加逐渐增大,浓度在垂向分布上随水体深度增加;西湖心上覆水体中Zn、Ni、Hg、As、Pb和Cr含量在扰动实验的初期迅猛上升至峰值,后续含量逐渐下降并趋于稳定,且整体在垂向方向上分布均匀;东湖心水溶态重金属在扰动过程的中段上升幅度明显,但并没有持续增长,而分布于颗粒相上的重金属变化趋势有较大差异。(3)通过分析再悬浮期间重金属的释放通量与分配系数发现,溶解态重金属的释放量与释放速率会随时间的推移逐渐减缓,但小幅度的短期扰动仍能引起Zn、Pb、Hg、Ni等元素浓度的大量增长;因为受到湖区沉积物性质及重金属形态差异的影响,所以悬浮于水体中的颗粒物对重金属有不同的释放程度与速度,但仍推断由于再悬浮进入上层水体的沉积物颗粒,给上层水体尤其是水-沉积物界面带来了更多重金属污染物。

关键词：重金属再悬浮沉积物物理扰动巢湖

两种常见绿化树种对大气颗粒物的滞留与再悬浮

同方学位论文库评论

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同方学位论文库

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应用生态学报 2017年第1期28卷 266-272页

作者：乔冠皓陈警伟刘肖瑜谭连帅郑桂灵李鹏青岛农业大学资源与环境学院山东青岛266109

植物叶片对大气颗粒物的作用机制可分为吸附、再悬浮、雨水淋洗、吸收等过程,但却少有研究探讨大气颗粒物沉降于叶片表面后的再悬浮过程,并对叶片表面吸附的颗粒物含量与叶片内部元素含量之间的相关性进行探讨.本研究选择二球悬铃木和... 详细信息

植物叶片对大气颗粒物的作用机制可分为吸附、再悬浮、雨水淋洗、吸收等过程,但却少有研究探讨大气颗粒物沉降于叶片表面后的再悬浮过程,并对叶片表面吸附的颗粒物含量与叶片内部元素含量之间的相关性进行探讨.本研究选择二球悬铃木和广玉兰两种常见绿化树种,分析其叶表大气颗粒物和叶内元素成分与含量及再悬浮比例.结果表明:二球悬铃木叶片的单位面积滞尘量(4.98 g·m^(-2))明显高于广玉兰(2.65 g·m^(-2)),这可能与二球悬铃木叶片上下表面均粗糙、有绒毛有关.电感耦合等离子体发射光谱(ICP)分析表明,15种不同的元素均可在二球悬铃木和广玉兰叶表和叶内监测出来,在整体上两树种叶表与叶内元素含量间存在明显的相关性.但仅有Cr、Fe、V等3种元素在二球悬铃木叶表与叶内间存在显著的相关性,而广玉兰中仅有K、Mn、Si、Ti和Zn等5种元素没有显著的相关性,说明两树种叶片对不同元素的吸收具有较强的选择性.再悬浮分析表明,无论是随着风速的增加还是随着风力作用时间的延长,大气颗粒物的再悬浮比例均随之显著增加.在研究植物对大气颗粒物滞留效果时,必须考虑到颗粒物的再悬浮,才能准确评估植被与大气颗粒物的沉降关系.

关键词：大气污染电子耦合等离子体发射光谱广玉兰二球悬铃木再悬浮

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核电站中气溶胶再悬浮的CFD研究

原子能科学技术 2020年第5期54卷 790-795页

作者：江斌黄挺陈炼常华健国核华清(北京)核电技术研发中心有限公司北京102209 清华大学核能与新能源技术研究院北京100084

利用三维计算流体力学程序GASFLOW分析了气溶胶的再悬浮行为。通过拉格朗日粒子模型计算得出再悬浮率,并将所得结果与集总参数程序ASTEC的计算结果与国际标准例题中的STORM试验台架测试的SR11试验结果进行对比。计算结果表明,GASFLOW程... 详细信息

利用三维计算流体力学程序GASFLOW分析了气溶胶的再悬浮行为。通过拉格朗日粒子模型计算得出再悬浮率,并将所得结果与集总参数程序ASTEC的计算结果与国际标准例题中的STORM试验台架测试的SR11试验结果进行对比。计算结果表明,GASFLOW程序能较好地模拟气溶胶的再悬浮行为,且相对于集总参数程序而言,能清晰直观地展示不同时刻气溶胶的位置分布,可为压水堆核电站严重事故条件下的气溶胶行为分析提供参考。

关键词： GASFLOW程序气溶胶再悬浮拉格朗日粒子模型位置分布

严重事故下气溶胶再悬浮的ECART模型分析

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原子能科学技术 2020年第9期54卷 1673-1678页

作者：孙雪霆季松涛陈林林史晓磊魏严凇中国原子能科学研究院反应堆工程技术研究部北京102413

利用中国原子能科学研究院开发的CABSA程序气溶胶再悬浮模块中的ECART模型,对STORM项目的SR11试验进行计算,分析了核电厂严重事故下的气溶胶再悬浮特性。结果表明:气溶胶所受各种力均随直径的增大而增大,其中使气溶胶悬浮的拖曳力和爆... 详细信息

利用中国原子能科学研究院开发的CABSA程序气溶胶再悬浮模块中的ECART模型,对STORM项目的SR11试验进行计算,分析了核电厂严重事故下的气溶胶再悬浮特性。结果表明:气溶胶所受各种力均随直径的增大而增大,其中使气溶胶悬浮的拖曳力和爆发力比使气溶胶附着在结构表面的黏着力和重力增长更快;直径大的气溶胶悬浮率更大;结构表面流体速度能够影响拖曳力和爆发力,速度增大会提高拖曳力和爆发力,最终导致悬浮率增加。利用该特点,可通过降低结构表面流速降低拖曳力和爆发力,从而减小悬浮率,最终减小裂变产物向空间的重新释放。

关键词：严重事故气溶胶再悬浮 CABSA程序 ECART模型