申请/专利权人：南京大学

申请日：2021-09-03

公开（公告）日：2023-09-22

公开（公告）号：CN113984591B

主分类号：G01N13/04

分类号：G01N13/04;G01N15/08;G01N33/24

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2023.09.22#授权;2022.02.18#实质审查的生效;2022.01.28#公开

摘要：本发明公开了一种寒冷区域内多孔介质中LNAPL迁移模拟方法，基于COMSOLMultiphysics模拟多孔介质水‑气‑NAPL的三相流动模型，包括以下步骤：1通过建立LNAPL迁移和LNAPL的存在状态及相互转化过程的控制方程构建流场；2通过建立多孔介质传热方程构建温度场，在所述三相流的源项增设冰的融化潜热项，并基于热量守恒建立多孔介质传热方程；3通过未冻水和冻结冰的经验关系式对温度场和流场的耦合；4通过建立溶解相‑挥发相LNAPL质量平衡方程构建化学场，并通过质量转换项实现与流场的耦合；5采用COMSOLMultiphysics对步骤1～4中所述的表达方程计算求解，得到LNAPL迁移规律；本发明可用于模拟及定量刻化LNAPL泄漏过程中发生冻结后LNAPL的迁移分布，为寒区LNAPL泄漏后的修复提供参考。

主权项：1.一种寒冷区域内多孔介质中LNAPL迁移模拟方法，基于COMSOLMultiphysics模拟多孔介质水-气-NAPL的三相流动模型，其特征在于，包括以下步骤：1通过建立LNAPL迁移和LNAPL的存在状态及相互转化过程的控制方程构建流场；所述控制方程包括基于质量守恒定律的四相控制方程，自由相LNAPL在水中的溶解的过程表达方程，自由相LNAPL挥发于空气的过程表达方程，溶于水的LNAPL挥发于空气的过程表达方程和溶于水中的LNAPL吸附于土壤骨架的过程表达方程；基于vanGenuchten方程和Parker模型的毛细压力、相对渗透率和饱和度关系方程；其中，所述四相控制方程为： 式中：ε、ε1为冻结时和未冻时的孔隙度，Sw、SN、SG分别为水相、LNAPL相、气相的饱和度，Si为冰相相对饱和度，ρi、ρw、ρN、ρG分别为冰相、水相、LNAPL相、气相的密度，VW、VN、VG分别为水相、LNAPL相、气相的达西流速，分别LNAPL溶于水、LNAPL挥发至气相、溶于水的LNAPL挥发于气相、溶于水的LNAPL吸附于土壤骨架的速率；所述毛细压力、相对渗透率和饱和度关系方程中K-S关系式为： 式中：krW、krG、krN分别为水、气、LNAPL的相对渗透率，Srw、Srg、Srn分别为水、气、LNAPL的相对饱和度，SrTw为总的液相饱和度；所述毛细压力、相对渗透率和饱和度关系方程中S-P关系式为： 式中：SWr、SNr为残余水饱和度及残余LNAPL饱和度，γGN、γNW为缩放因子，δGN、δNW分别为气-LNAPL表面张力及LNAPL-水表面张力,PCNW为NAPL—水毛管压力，PCGN为NAPL—气毛管压力，α、n、m为VG方程参数；自由相LNAPL在水中的溶解的过程表达方程为： 所述自由相LNAPL挥发于空气的过程表达方程为： 所述溶于水的LNAPL挥发于空气的过程表达方程为： 所述溶于水中的LNAPL吸附于土壤骨架的过程表达方程为： 式中：ε为孔隙度，Sw为气相的相对饱和度，SG为气相的相对饱和度，λnw、λng、为传质系数，为LNAPL在水中的溶解度，c1为LNAPL溶于水的浓度；为LNAPL在空气中的溶解度，c2为LNAPL在空气中的浓度，H为亨利常数，ρs为土体密度，M为LNAPL的质量分数，Kd为分布系数；2通过建立多孔介质传热方程构建温度场，在所述三相流的源项增设冰的融化潜热项，并基于热量守恒建立多孔介质传热方程；其中，所述多孔介质传热方程为： 式中：ρ、ρp分别为流体和固体骨架密度，cp分别比定压热容，u为达西流速，T为温度，Keff为热导率，Lf为融化潜热；3通过未冻水和冻结冰的经验关系式对温度场和流场的耦合；所述经验关系式为： 式中：BT为比例系数，Tf为起始冻结温度绝对温度，系数1.1为水与冰的密度之比，Si为冰相相对饱和度，Sw为水相的相对饱和度；4通过建立溶解相-挥发相LNAPL质量平衡方程构建化学场，并通过质量转换项实现与流场的耦合；其中，所述质量平衡方程包括LNAPL溶解相的溶质运移方程和LNAPL挥发相的溶质运移方程，所述LNAPL溶解相的溶质运移方程为： 式中：M为LNAPL的摩尔质量分数，DW、DG为水动力弥散系数；5采用COMSOLMultiphysics对步骤1～4中所述的表达方程计算求解，得到LNAPL迁移规律。

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权利要求：

百度查询： 南京大学 一种寒冷区域内多孔介质中LNAPL迁移模拟方法

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