[发明专利]一种寒冷区域内多孔介质中LNAPL迁移模拟方法

权利要求书

1.一种寒冷区域内多孔介质中LNAPL迁移模拟方法，基于COMSOL Multiphysics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van Genuchten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，S_w、S_N、S_G分别为水相、LNAPL相、气相的饱和度，S_i为冰相相对饱和度，ρⁱ、ρ^w、ρ^N、ρ^G分别为冰相、水相、LNAPL相、气相的密度，V^W、V^N、V^G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：k_rW、k_rG、k_rN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：S_Wr、S_Nr为残余水饱和度及残余LNAPL饱和度，γ_GN、γ_NW为缩放因子，δ_GN、δ_NW分别为气-LNAPL表面张力及LNAPL-水表面张力,P_CNW为NAPL—水毛管压力，P_CGN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，S_w为气相的相对饱和度，S_G为气相的相对饱和度，λ_nw、λ_ng、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，ρ^s为土体密度，M为LNAPL的质量分数，K_d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、ρ_p分别为流体和固体骨架密度，c_p分别比定压热容，u为达西流速，T为温度，K_eff为热导率，L_f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：B(T)为比例系数，T_f为起始冻结温度/绝对温度，系数1.1为水与冰的密度之比，S_i为冰相相对饱和度，S_w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，D^W、D^G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。

2.根据权利要求1所述的LNAPL迁移模拟方法，其特征在于，所述分布系数K_d的经验公式为：

K_d＝f_ock_oc

式中：f_oc为土体中有机碳的质量分数，k_oc为有机碳分配系数。