反常扩散驱动下多孔介质双分子反应动力学机制研究

批准号:
41877191
项目类别:
面上项目
资助金额:
61.0 万元
负责人:
刘咏
依托单位:
学科分类:
D0702.环境水科学
结题年份:
2022
批准年份:
2018
项目状态:
已结题
项目参与者:
钱家忠、康博、严小三、王沐、王宿轩、宋羿、张琪、石琛
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中文摘要
地下水污染有效防治的重要前提是科学量化污染运移。反应性污染运移的量化则是国内外研究的前沿问题之一。当含水层受到污染时,往往会发生一系列物理化学变化,其中大部分反应非线性地依赖于反应物种类和浓度、且受介质非均质性和流场不稳定性影响。近年来,反向扩散被证实普遍存在,但其对反应性溶质运移动力学过程的影响研究非常有限。本项目拟拓展我们业已完成的国家自然科学基金面上项目相关成果,以多孔介质中双分子反应运移为例,按照“多学科支撑-基础研究-室内物理模拟-数值仿真计算-机理揭示与理论提高”逻辑组织实施,系统地开展不同条件(如反应浓度、介质、水流以及模型尺度)的模拟实验,重点研究多孔介质中反常扩散产生条件、小尺度双分子反应与大尺度反常扩散的运移动力学过程和主控因素,揭示反常扩散驱动下双分子反应动力学机制,建立一种考虑尺度依赖的受反常扩散驱动的双分子反应性溶质运移的分数阶模型,发展地下水溶质运移理论与方法。
英文摘要
The important precondition of groundwater pollution prevention is to quantify the transportation of contaminants scientifically. The quantification of the contaminant transportation is one of the frontier problems in the world. A series of physical and chemical transformation occur when the aquifer is polluted. Most of them are nonlinearly dependent on the species and concentrations of reactants, and influenced by the heterogeneity of medium and the instability of flow distribution. In recent years, anomalous diffusion was verified to be ubiquity. However, less attention has been aimed for the effect on the kinetics of reactive solute transport. In this study, we will enlarge our previous work of NSFC which have been finished last year and pay attention to a case study of bimolecular reaction in the porous media. Project implementation will be organized based on the logic of “ multi-disciple support, fundamental research, physical modelling indoor, data simulating calculation, mechanism revealation and theory raise”. The simulating experiments will be systematically studied at different conditions (such as reactant concentrations, media, water flow and model scale). We will focus on the conditions of anomalous diffusion, the kinetic process and main factors in the small scale bimolecular reaction and large scale anomalous diffusion in porous media. The kinetics mechanism of bimolecular reaction under anomalous diffusion will be disclosed. And a fractional order model for bimolecular reactive solute transport will be developed, which is scale-dependent and driven by anomalous diffusion in porous media. The theories and methods of solute transport in groundwater will be developed.
地下水污染有效防治的重要前提是科学量化污染运移。反应性污染运移的量化则是国内外研究的前沿问题之一。当含水层受到污染时,往往会发生一系列物理化学变化,其中大部分反应非线性地依赖于反应物种类和浓度、且受介质非均质性和流场不稳定性影响。近年来,反常扩散被证实普遍存在,但其对反应性溶质运移动力学过程的影响研究非常有限。本项目拟拓展我们业已完成的国家自然科学基金面上项目相关成果,以多孔介质中双分子反应运移为例,按照“多学科支撑-基础研究-室内物理模拟-数值仿真计算-机理揭示与理论提高”逻辑组织实施,系统地开展不同条件(如反应浓度、介质、水流以及模型尺度)的模拟实验,重点研究多孔介质中反常扩散产生条件、小尺度双分子反应与大尺度反常扩散的运移动力学过程和主控因素,揭示反常扩散驱动下双分子反应动力学机制,建立一种考虑尺度依赖的受反常扩散驱动的双分子反应性溶质运移的分数阶模型,发展地下水溶质运移理论与方法。.经过四年努力科研,出色地完成了预期研究目标,在国内外著名学术期刊如《地学前缘》、Journal of Hydrology、Chemosphere、Journal of Hydrodynamics以及Lithosphere等上发表论文19篇,其中SCI 收录16篇、EI收录10篇(超额完成原计划“在国内外学术期刊发表论文10篇以上,其中SCI收录3-5篇” 的任务),另有3篇SCI文章正在返修中;现场参加国内学术会议6人次,其中大会报告3次;培养硕士研究生毕业7人、硕士研究生在研1人、博士研究生在研1人;获得发明专利2项,其中1项专利得到了转化;邀请国内知名专家3人次来校进行学术交流与合作;培养了青年教师3人,部分成果被展示在本科生教学慕课网站https://www.xuetangx.com/course/hfut08141002449/12425494。上述成果可为地下水污染防治提供科学依据和技术支持。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
Experimental Research on the Thresholds of Scale-Dependent Dispersivity of Solute Transport
溶质输运尺度相关分散性阈值的实验研究
DOI:10.2113/2021/7998907
发表时间:2021-06
期刊:Lithosphere
影响因子:2.4
作者:Ruigang Zhang;Mingxi Chu;Yong Liu;Dun Wu;Wenyong Zhang
通讯作者:Wenyong Zhang
DOI:10.1016/j.jhydrol.2021.127148
发表时间:2021-11
期刊:Journal of Hydrology
影响因子:6.4
作者:Kun Xing;Jiazhong Qian;Weidong Zhao;Haichun Ma;Lei Ma-
通讯作者:Kun Xing;Jiazhong Qian;Weidong Zhao;Haichun Ma;Lei Ma-
Corncob PRB for on-site nitrate removal in groundwater
玉米芯 PRB 用于现场去除地下水中的硝酸盐
DOI:10.1007/s12517-020-06089-w
发表时间:2020-10-12
期刊:ARABIAN JOURNAL OF GEOSCIENCES
影响因子:--
作者:Liu, Yong;Liu, Yajing;Qian, Jiazhong
通讯作者:Qian, Jiazhong
DOI:10.13745/j.esf.sf.2022.1.28
发表时间:2022
期刊:地学前缘
影响因子:--
作者:刘咏;张琪;钱家忠;吴盾;张文永
通讯作者:张文永
Fractional Derivative Modeling on Solute Non-Fickian Transport in a Single Vertical Fracture
单垂直裂缝中溶质非菲克输运的分数阶导数模拟
DOI:10.3389/fphy.2020.00378
发表时间:2020
期刊:Frontiers in Physics
影响因子:3.1
作者:Qiao Chuantaidou;Xu Yi;Zhao Weidong;Qian Jiazhong;Wu Yongting;Sun HongGuang
通讯作者:Sun HongGuang
裂隙中受混合控制的双分子反应性溶质反常运移机理与模型
- 批准号:42377050
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:49万元
- 批准年份:2023
- 负责人:刘咏
- 依托单位:
多孔介质中双分子反应性溶质运移机理与模拟研究
- 批准号:41372245
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:75.0万元
- 批准年份:2013
- 负责人:刘咏
- 依托单位:
国内基金
海外基金
