垃圾填埋氣體運移的多場耦合理論及應用

內(nèi)容概要

　　本書重點介紹了作者在垃圾填埋氣體運移過程多場耦合效應方面的研究成果，包括在垃圾填埋氣體釋放傳輸過程中生物、化學、熱、滲流和應力耦合動力學機理，垃圾填埋氣體運移的滑脫效應、滲流-應力耦合效應，垃圾填埋氣體運移的水-氣兩相滲流機理及模型，垃圾填埋氣體運移過程溫度-滲流-應力耦合效應、生物-滲流耦合效應、生物-滲流-應力耦合效應以及生物-滲流-熱耦合效應。全書最后以我國南方某垃圾填埋場為背景，對垃圾填埋氣體抽排發(fā)電工程的可行性進行了預測。
　　本書可供環(huán)境工程、巖土工程、固體廢棄物處置工程以及新能源科學與工程等專業(yè)的高年級本科生和研究生教學及閱讀使用，亦可供相關科研和工程設計人員參考。

書籍目錄

前言
第1章 緒論
1.1 引言
1.2 垃圾填埋氣體運移的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
1.2.1 垃圾降解產(chǎn)氣規(guī)律研究
1.2.2 垃圾降解熱釋放規(guī)律研究
1.2.3 垃圾填埋氣體運移規(guī)律研究
第2章 垃圾填埋氣體運移過程的多物理場耦合作用機理
2.1 垃圾有機質(zhì)降解產(chǎn)氣的動力學原理
2.1.1 垃圾有機質(zhì)降解產(chǎn)氣過程中的生物-化學反應
2.1.2 垃圾有機質(zhì)降解的基本動力學原理
2.1.3 垃圾有機質(zhì)降解過程中有機碳的轉(zhuǎn)化和分配
2.2 垃圾填埋氣體產(chǎn)出的動力學特征
2.2.1 垃圾填埋氣體產(chǎn)出規(guī)律分析
2.2.2 影響垃圾填埋氣體產(chǎn)出的主要因素
2.3 垃圾填埋氣體產(chǎn)出過程中熱能釋放規(guī)律研究
2.3.1 垃圾填埋氣體產(chǎn)出過程中的熱化學動力學描述
2.3.2 熱釋放對垃圾降解特性影響的特征分析
2.4 垃圾填埋氣體產(chǎn)出過程中孔隙結(jié)構(gòu)變形特征
2.5 垃圾填埋氣體運移特征分析
2.5.1 對流運動——達西定律
2.5.2 彌散運動——菲克定律
2.6 填埋場內(nèi)垃圾堆體的熱傳導特性
2.7 填埋場水力傳導特征
2.7.1 垃圾填埋場水分運移的動力學規(guī)律
2.7.2 水分運移對垃圾填埋氣體釋放傳輸特性的影響
2.8 垃圾填埋氣體釋放傳輸?shù)亩辔锢韴鲴詈咸卣?br />第3章 垃圾填埋氣體運移過程的滑脫效應研究
3.1 滑脫效應概述
3.2 滑脫效應對垃圾填埋氣體釋放過程壓力分布的影響分析
3.2.1 考慮滑脫效應條件下垃圾填埋氣體滲流數(shù)學模型
3.2.2 數(shù)學模型解析解的建立
3.2.3 解析解的理論分析與驗證
3.3 滑脫效應對垃圾填埋氣體釋放過程中的濃度分布影響分析
3.3.1 垃圾填埋氣體逸出過程的動力學耦合模型
3.3.2 耦合模型數(shù)值解的建立
3.3.3 算例分析
3.4 本章小結(jié)
第4章 垃圾填埋氣體運移過程的滲流-應力耦合效應研究
4.1 滲透系數(shù)的非線性變化對孔隙壓力分布影響研究
4.1.1 滲透系數(shù)非線性變化的耦合數(shù)學模型
4.1.2 非線性模型的攝動解
4.1.3 實例計算與分析
4.2 垃圾填埋氣體運移過程中的H-M耦合模型研究
4.2.1 H-M耦合數(shù)學模型的建立
4.2.2 數(shù)學模型的攝動解
4.2.3 算例分析
4.3 本章小結(jié)
第5章 垃圾填埋氣體運移過程的水-氣兩相滲流效應研究
5.1 水-氣兩相滲流數(shù)值模型的建立
5.1.1 水-氣兩相滲流的基本原理
5.1.2 水-氣兩相滲流控制方程
5.1.3 本構(gòu)模型
5.1.4 定解條件
5.1.5 有限元數(shù)值模型的建立
5.2 模型的應用與分析
5.2.1 非線性數(shù)值算法可靠性的驗證
5.2.2 水入滲條件下垃圾填埋氣體遷移的數(shù)值仿真研究
5.3 本章小結(jié)
第6章 垃圾填埋氣體運移過程溫度-滲流-應力耦合效應研究
6.1 垃圾填埋氣體運移過程的T-H耦合模型研究
6.1.1 T-H耦合數(shù)學模型的建立
6.1.2 數(shù)學模型定解條件的確定
6.1.3 Galerkin數(shù)值解的建立
6.1.4 算例分析
6.2 垃圾填埋氣體運移過程的T-H-M耦合模型研究
6.2.1 T-H-M耦合數(shù)學模型的建立
6.2.2 攝動法求解耦合模型
6.2.3 解析解的理論分析
6.3 本章小結(jié)
第7章 垃圾填埋氣體運移過程生物-滲流耦合效應研究
7.1 垃圾填埋氣體運移生物-滲流耦合模型的建立
7.2 填埋場氣井影響半徑預測分析
7.3 抽氣狀態(tài)下氣體壓力和氣井產(chǎn)量預測分析
7.3.1 固有滲透率對氣體壓力和氣井產(chǎn)量的影響
7.3.2 填埋場覆蓋層厚度對氣體壓力和氣井產(chǎn)量的影響
7.3.3 垃圾填埋年份對氣體壓力和氣井產(chǎn)量的影響
7.4 覆蓋層甲烷氧化特性分析
7.4.1 甲烷氧化耦合動力學模型
7.4.2 仿真算例
7.5 本章小結(jié)
第8章 垃圾填埋氣體運移過程的生物-滲流-應力耦合效應研究
8.1 有機物降解對垃圾變形影響試驗研究
8.1.1 測試裝置和試驗方法
8.1.2 垃圾填埋體基本參數(shù)的測定
8.1.3 測試結(jié)果分析
8.1.4 沉降模型對比分析
8.2 垃圾填埋氣體釋放的B-H-M耦合模型及仿真預測研究
8.2.1 B-H-M耦合模型的建立
8.2.2 B-H-M耦合效應仿真預測分析
8.3 本章小結(jié)
第9章 垃圾填埋氣體運移過程的生物-滲流-熱耦合效應研究
9.1 垃圾降解過程中生化-熱耦合動力學特征描述
9.1.1 垃圾降解產(chǎn)氣速率模型
9.1.2 垃圾降解產(chǎn)熱動力學模型
9.1.3 垃圾降解系數(shù)隨溫度變化的預測研究
9.2 垃圾填埋氣體運移過程的生物-滲流-熱耦合動力學模型的建立
9.2.1 物質(zhì)守恒原理
9.2.2 垃圾降解的熱平衡方程
9.2.3 垃圾降解的氣體運動連續(xù)性方程
9.2.4 定解條件
9.2.5 耦合動力學模型的數(shù)值解
9.3 垃圾生化降解過程中熱釋放及氣體運移規(guī)律仿真預測
9.3.1 垃圾填埋場溫度分布預測
9.3.2 溫度對垃圾降解產(chǎn)氣速率及放熱速率影響的仿真預測
9.4 本章小結(jié)
第10章 垃圾填埋氣體抽排發(fā)電工程的可行性預測評價研究
10.1 垃圾填埋場區(qū)域環(huán)境概況
10.1.1 自然地理條件
10.1.2 場地工程、水文和環(huán)境地質(zhì)條件
10.2 填埋場處理區(qū)分布概況
10.3 垃圾填埋氣體資源化利用預測評價研究
10.3.1 垃圾填埋場產(chǎn)氣速率預測分析
10.3.2 垃圾填埋場放熱預測分析
10.3.3 垃圾填埋場產(chǎn)氣量預測分析
10.4 本章小結(jié)
參考文獻
附錄

章節(jié)摘錄

版權(quán)頁：插圖：（1）開展了有機物降解對垃圾變形影響的試驗研究，對降解過程中有機質(zhì)降解率以及產(chǎn)生的水氣質(zhì)量的變化進行了測試。采用室內(nèi)試驗分析了溫控條件、自然情況、應力狀態(tài)、降雨狀態(tài)四種工況下垃圾降解對沉降規(guī)律的影響，建立了四種工況條件下的累積沉降量與時間的變化關系，并與經(jīng)典的Sowers模型和Jambu模型進行了對比，由于垃圾組分的不同，模型參數(shù)的選取對沉降量預測結(jié)果影響較大。（2）建立了應力作用下垃圾填埋氣體運移的B-H-M耦合動力學模型，模擬了生物降解對垃圾沉降及孔隙度的影響。計算結(jié)果表明：氣體垂向分布表明，氣壓隨深度的增加而增大，且隨填埋年份的延長，壓力值逐漸減小。數(shù)值仿真結(jié)果表明：由于垃圾降解速率呈遞減趨勢，填埋體底部總應力及孔隙度都隨填埋年份的延續(xù)不斷減慢；抽氣過程使場內(nèi)氣體壓力得到了持續(xù)的釋放，氣體壓力不斷降低；由于填埋體底部受壓變形最大，水相飽和度相對頂層的上升幅度比較大；沉降作用使水相飽和度不斷增大，填埋場底部變化較頂部明顯；填埋場運營前10年垃圾降解對孔隙度作用較明顯，孔隙度呈線性增大，隨后增大幅度減緩，達到峰值后逐漸減小，減小過程主要受垃圾沉降作用影響。

編輯推薦

《垃圾填埋氣體運移的多場耦合理論及應用》圍繞多物理場耦合效應影響下填埋氣體運移過程中的幾個關鍵性科學問題展開了探討，以室內(nèi)小型試驗為基礎，以理論分析為主導，以室內(nèi)典型試驗為依托，以數(shù)值仿真為依據(jù)，對多種環(huán)境因素影響下填埋氣體釋放的動力學規(guī)律進行了預測，這些因素符合實際垃圾填埋場的現(xiàn)場工況，其成果對于垃圾填埋場氣體資源化利用的預測和評價具有重要的現(xiàn)實意義和應用價值?！独盥駳怏w運移的多場耦合理論及應用》開展了垃圾填埋氣體傳輸動力學規(guī)律方面的相關研究，并在垃圾填埋場安全控制與氣體的資源化開發(fā)中具有重要的應用價值?！独盥駳怏w運移的多場耦合理論及應用》撰寫的主要內(nèi)容包括以下幾個方面：填埋氣體產(chǎn)出及運移理論、試驗和技術方面的研究動態(tài)；填埋氣體產(chǎn)出與運移機理；3）填埋氣體運移過程的非線性運動規(guī)律；填埋氣體運移過程中溫度-應力-滲流、生化-溫度-滲流多場耦合理論體系；填埋氣體資源化開發(fā)利用的預測、評價及工程應用。

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