岩溶管道结晶堵塞水动力-化学反应耦合模拟对比研究

摘要：

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.

关键词：岩溶隧道、结晶堵塞、数值模拟、动网格、水平集

所属期刊栏目：42

分类号：P642.25;U452.11(水文地质学与工程地质学)

资助基金：国家重点研发计划2019YFC1804300

在线出版日期：2023-07-04（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共12页

页码：245-256