检索结果-南通市图书馆

污泥冻融循环过程中的脱水性能及基于COMSOL Multiphysics的水热耦合分析

环境工程 2024年第12期42卷 174-183页

作者：郭子瑞池日光辛海龙公绪金彭兆洋陈志强哈尔滨商业大学能源与建筑工程学院哈尔滨150023 哈尔滨工业大学建筑设计研究院哈尔滨150090 哈尔滨工业大学城市水资源与水环境国家重点实验室哈尔滨150090

污泥经过缓慢冻结后再解冻,通常会大大改善自身的脱水性能。基于冻融循环法对城市污泥脱水效果进行了考察,采用响应曲面法,以污泥冻融温度(℃)、冻融时长(h)及冻融次数(次)为因变量,污泥含水率(%)为响应值,通过Box-Behnken中心组合设计... 详细信息

污泥经过缓慢冻结后再解冻,通常会大大改善自身的脱水性能。基于冻融循环法对城市污泥脱水效果进行了考察,采用响应曲面法,以污泥冻融温度(℃)、冻融时长(h)及冻融次数(次)为因变量,污泥含水率(%)为响应值,通过Box-Behnken中心组合设计法建立数学模型。结果显示:当冻融温度为-16.30℃,冻融时长为19.70 h和冻融次数为19次时,模型预测的最小污泥含水率为33.93%,模型R^(2)>0.99,模型吻合度较好,说明响应曲面法用于优化冻融循环过程中调理污泥理化性质,改善脱水性能是可行的。污泥内部的水热过程是影响污泥资源化利用以及水资源利用的重要因素,传统的水热耦合理论模型忽略了非饱和介质中水分对流传热作用,在水分场与温度场耦合理论模型的数值实现上仍有困难。通过有限元模拟软件建立污泥冻融循环模型,以实验数据为基础,通过COMSOL Multiphysics的数学模块,实现考虑冰水相变和水分对流的温度场和水分场偏微分方程的耦合求解,分析了污泥水分对流与温度变化的关系。并通过场发射扫描电镜分析冻融前后污泥絮体微观结构和孔隙变化,为污泥冻融处理在优化污泥脱水性能方面的应用提供依据。COMSOL Multiphysics的PDE模块可以较好地模拟冻融循环条件下污泥水-热耦合过程,考虑冰水相变以及水分对流迁移影响,为污泥资源化利用以及水资源利用相关数值模拟研究提供参考。

关键词：市政污泥冻融循环脱水性能响应曲面 COMSOL Multiphysics 水热耦合分析

来源：

维普期刊数据库

同方期刊数据库评论

在线全文

学校读者我要写书评

暂无评论

考虑不确定性因素影响的人工冻结水热耦合数值模拟研究

考虑不确定性因素影响的人工冻结水热耦合数值模拟研究

引用

作者：李培涛武汉大学

学位级别：硕士

人工冻结法是利用人工制冷技术临时将天然岩土变成冻土,增加岩土体强度并隔绝地下水与地下工程的联系,以便在冻结帷幕的保护下进行地下工程掘砌施工的特殊施工技术。由于城市隧道工程上覆建筑物众多,涉及地下环境复杂多变,在实际人工冻... 详细信息

人工冻结法是利用人工制冷技术临时将天然岩土变成冻土,增加岩土体强度并隔绝地下水与地下工程的联系,以便在冻结帷幕的保护下进行地下工程掘砌施工的特殊施工技术。由于城市隧道工程上覆建筑物众多,涉及地下环境复杂多变,在实际人工冻结法施工过程中存在材料、施工和边界条件等诸多不确定性因素,主要体现在以下三个方面:作为关键的土体参数,土体导热系数的非均匀性会影响冻结过程;冻结管安装施工过程中不可避免地会出现钻孔偏差,部分冻结管间距过大而使得冻结帷幕未完成闭环,增加施工风险;地下水渗流会改变冻结帷幕形态从而对冻结效果产生不利影响。这些不确定性因素相互作用,增加形成冻土帷幕的难度,影响冻结效果和施工周期甚至导致整个冻结工程失效,造成工程失稳等灾害并危及施工人员生命安全。隧道人工冻结工程中的不确定因素难以量化表征且传播机理复杂,因此现有的水热耦合仿真模拟常采用简化模型忽略土性参数、施工及渗流等不确定性因素的影响。在此背景下,如何合理量化不确定性因素对于人工冻结法实施效果的影响已成为国内外人工冻结领域研究的前沿课题。本研究依托南京地铁十号线某过江隧道工程针对导热系数、冻结管施工钻孔误差以及渗流不确定性等因素展开综合研究,通过编程软件MATLAB及有限元软件COMSOL联合仿真,量化表征了隧道人工冻结工程中的不确定因素,并成功反演了不确定性因素影响下人工冻结法水热耦合过程,揭示了不确定性因素对冻结效果的影响规律。主要工作和结论如下:(1)依托南京地铁十号线某过江隧道工程,并结合实地勘测资料,基于多孔介质传热理论建立数值有限元模型,反演出人工冻结法冻结帷幕温度场水热耦合过程,并通过文献数据验证了有限元模型的建模方法及仿真模型的有效性。通过数值模拟分析,揭示了冻结帷幕温度场与区域位置的相关性特征,总结了冻结帷幕及监测点温度随冻结时间计划的发展规律,成功解释人工冻结工程中的“温度平台”效应,为人工冻结法不确定性因素的数值模拟提供了技术支撑。(2)提出了基于谱分解法随机场理论的土体导热系数不确定性表征方法,并开发了谱分解法核心程序(Conduct功能函数),结合有限元软件COMSOL建立了导热系数不确定性条件下的水热耦合模型,阐明了导热系数不确定性对于人工冻结法冻结帷幕温度场的影响规律,研究发现,在本文研究条件下,导热系数不确定性为人工冻结法的不敏感参数,在人工冻结法的数值有限元模拟及工程方案设计过程中,可忽略其对于仿真及设计准确性的影响,从而为人工冻结法工程决策及数值仿真提供了重要参考价值。(3)针对施工不确定性关键问题,提出了基于随机函数的人工冻结法钻孔误差不确定性表征方法,开发了钻孔误差不确定性表征核心程序(Drilling功能模块),并嵌入COMSOL软件建立了施工不确定性数值模型,实现了通过数值仿真量化研究钻孔误差对人工冻结水热耦合过程的影响。结果表明钻孔误差对于冻结帷幕完整性具有显著影响;提出在人工冻结过程中钻孔误差应被控制在0.2 m以内的工程建议,为工程设计与施工标准提供了参考依据。(4)针对渗流不确定性关键问题,提出了基于达西定律和循环算法的人工冻结法地下渗流不确定性表征方法,开发了渗流不确定性表征核心程序(Seepage功能模块)。通过改变渗流边界条件,针对不同地层渗流条件对冻结帷幕的具体影响展开研究,结果表明渗流速率以及距冻结管的距离是影响冻结帷幕温度场最为关键的两个因素。(5)综合分析了导热系数、施工及渗流等三种不确定性因素对于隧道人工冻结法实施效果的影响。由于不确定性因素相互作用,对人工冻结法冻结效果产生交叉影响,通过设置十二组不确定性组合模型算例,探讨了施工以及渗流组合不确定性条件下隧道人工冻结法冻结帷幕温度场的发展规律,研究成果表明在施工及渗流组合不确定性影响下,人工冻结工程中的渗流不确定性因素对温度场整体形态产生决定性影响。

关键词：人工冻结法水热耦合分析随机有限元施工不确定性空间变异性渗流

来源：

同方学位论文库评论

在线全文

同方学位论文库

学校读者我要写书评

暂无评论

欢迎您,

建议与咨询留下您的常用邮箱和电话号码，以便我们向您反馈解决方案和替代方法

时间限定

文献类型

馆藏选择

核心期刊

语言

文献类型

帮助

文字说明：

检索规则说明：

检索范例：

分类表

所选分类

限定检索结果

文献类型

馆藏范围

日期分布

学科分类号

主题

机构

作者

语言

在线全文

在线全文

请选择保存的检索档案：

请选择收藏分类：

通借通还

欢迎您,

建议与咨询 留下您的常用邮箱和电话号码，以便我们向您反馈解决方案和替代方法

时间限定

文献类型

馆藏选择

核心期刊

语言

文献类型

帮助

文字说明：

检索规则说明：

检索范例：

分类表

所选分类

限定检索结果

文献类型

馆藏范围

日期分布

学科分类号

主题

机构

作者

语言

在线全文

在线全文

请选择保存的检索档案： 新增检索档案 确定 取消

请选择收藏分类： 新增自定义分类 确定 取消

通借通还

建议与咨询留下您的常用邮箱和电话号码，以便我们向您反馈解决方案和替代方法

请选择保存的检索档案：

请选择收藏分类：