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第 卷第 期 年 月 盐矿水溶开采固 液 热 传质耦合 数学模型与数值模拟 梁卫国徐素国李志萍赵阳升 太原理工大学采矿研究所 太原 9 溶液运动方程 在水溶开采的初期 由于裂缝状溶腔高度较 小 水流速度较低 裂缝中水的流动可视为不可压 缩层流 可以用平面渗流模型模拟裂缝中水的运 动 水在裂缝中的运动可以用连续性方程表述 即 为单位时间流体体积 通量 A 为孔隙率 裂缝取 0 1 2 4 2 5 称为浓度源汇项 它取决于单位固体矿物的 溶解度 溶液浓度和温度 5 此规律通过实验获 得 对流扩散中的扩散系数 在 63 2 坐标系中 对各向同性的裂隙介质 其流体扩散系数为 1 5 A A 6 B 式中 为坐标方向的分速度 A C 为横向 及纵向的扩散度 为 D 7 383 单位矩阵 溶腔中溶液的热传输方程 由于岩盐的溶解过程是一个吸放热的过程 渗 流扩散场同时也是一个温度场 在温度场内 存在 着热量的传输 温度的变化服从温度场方程 E78E5E 第 卷第 期 年 月 后 溶腔内溶液浓度随时间的变化不明显 基本趋 于稳定 图 过注出水井剖面的溶解厚度随时间变化曲线 图 过注出水井剖面的溶液浓度随时间变化曲线 在水溶开采的过程中 在单位时间内注水 量给定的情况下 溶腔内水压及溶液流速变化情况 为 在水溶开采的初期 溶解通道狭窄 注 出水 井间阻力较大 两井间水力梯度 水压差 较大 溶 液流速较高 随溶解的进行 溶解通道逐渐通畅 两井间的水力梯度变小 溶液流速降低 另外 由 于注水井附近溶腔空间比出水井附近较大 因此注 水井附近的溶液流速低于出水井附近 在水溶开采的过程中 随无水芒硝岩盐溶解 的进行 溶液的温度在逐步升高 同时岩盐溶解速度 也逐步加快 当溶液温度升高到 左右时 矿物 溶解的速度不再随温度的升高而改变 而趋于一定 值 此时溶液温度上升的速度也减慢 结论 盐类矿床水溶开采过程 是水在岩盐溶腔 中运移溶解矿床 盐类矿物溶解在水中对流 扩 散 传热传质 使淡水逐渐变成溶液 其浓度和温 度不断变化 矿层不断溶解变形 溶腔形状大小都 在不断改变 这是复杂的物理化学 力学的相互作 用过程 1 94 0 8A055 B O41 C C D E C孔祥言 高等渗流力学 合肥 中国科学技术出版社 张也影 流体力学 北京 高等教育出版社 E 王补宣 工程传热传质学 北
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