Дослідження процесів масопереносу при фільтрації підземних вод (стр. 1 из 16)

дипломний проекту на тему:

“ Дослідження процесів масопереносу при фільтрації підземних вод ”.

Івано-Франківськ

2008 р.

Зміст

Вступ

1.Моделювання й прогнозування якості підземних вод

1.1. Математичне моделювання динаміки забруднення підземних вод

1.1.1.Конформні перетворення й моделювання масопереносу при фільтрації підземних вод

1.1.2. Моделювання конвективної дифузії розчинених речовин при профільній фільтрації

1.1.3.Моделювання масопереносу у випадку D=D(

) при наявності масообміну

1.1.4. Моделювання процесів забруднення підземних вод з урахуванням якості поверхневих вод

1.2. Методи прогнозування (водойми)

2. Рішення крайових задач (лінійних) математичної фізики

2.1. Моделювання

3. Прогнозування якості підземних вод

3.1.Основні фізичні закони фільтрації підземних вод

3.1.1. Закон Дарсі

3.2. Постановка крайових завдань плоскої фільтрації

3.3. Зв'язок рівнянь плоскої фільтрації з теорією функцій КЗ

3.4. Метод конформних відображень у теорії фільтрації

3.4.1.Спосіб Павловського

3.4.2.Спосіб Ведерникова-Павловского

3.5. Конформні перетворення й моделювання масопереносу

3.6. Крайові задачі конвективної дифузії розчинених речовин при профільній фільтрації

3.6.1. Крайові й початкові умови для шуканої функції с(х, у, t) :

3.6.2. Перший тип крайових задач

3.6.3. Другий тип крайових задач

4. Отримання аналітичних розв'язків при конвективній дифузії солей і гіпсів

5. ОХОРОНА ПРАЦІ

5.1 Організація робочого місця

5.2 Захист від електромагнітних випромінювань та електростатичних полів

5.3 Електробезпека

5.4 Пожежна профілактика

Список використаної літератури

Вступ

Сучасне виробництво продукції характеризується зростанням масштабів випуску, розмежовуванням технологічних і виробничих функцій, ускладненням технологічних об'єктів (для підвищення якості продукції) і зв'язків між ними, зростанням числа функцій управління і питомої ваги вартості систем управління в загальних капітальних витратах на устаткування.

Зростання потреби як в кількісних, так і в якісних показниках виробництва, з одного боку, і виникнення нових технологічних процесів і можливості їхнього здійснення, з другого боку, приводять до значних ускладнень як самих технологічних об'єктів, так і зв'язків між ними, і численними додатковими функціональними пристроями, покликаними забезпечити якнайкраще в якомусь сенсі функціонування цих об'єктів.

Поява нових технологічних процесів (ТП), їхня інтенсифікація є результатом науково-технічного прогресу не тільки в даній конкретній області, але пов'язані з комплексними досягненнями в різних областях науки і техніки. Нові технологічні об'єкти, наприклад, в нафтохімії створюються на основі знайдених нових закономірностей отримання продукту і вимагають застосування нових конструкційних матеріалів, методів їхньої обробки, зварки, збірки, транспортування, нових видів реактивів, каталізаторів и.т.п.

Виникнення нових і інтенсифікація існуючих ТП відбувається безперервно, і швидкість цих процесів може служити одній з характеристик технічного прогресу.

Технологічні процеси представляють собою первинну ланку створення матеріальних цінностей, вони забезпечують виробництво необхідною для існування суспільства продукції.

1. Моделювання й прогнозування якості підземних вод

1.1. Математичне моделювання динаміки забруднення підземних вод

1.1.1. Конформні перетворення й моделювання масопереносу при фільтрації підземних вод

Процес міграції розчинних речовин при фільтрації підземних вод, як відомо, описується наступною системою рівнянь.

(1.1)

(1.2)

(1.3)

або в скалярній формі

(1.4)

; (1.5)

(1.6)

де

- вектор швидкості фільтрації, м/сут; - потенціал фільтрації; і - концентрація речовини, що дифундує, відповідно в рідкій і твердій фазах, г/см³; D - коефіцієнт конвективної дифузії, м³/сут; σ - активна (або ефективна) пористість середовища, у якій відбувається фільтрація розчину; t - час у добі; - оператор Гамильтона; - константа швидкості масообміну; β - коефіцієнт розподілу речовини між фазами в умовах рівноваги по лінійній изотермі Генрі c_p = βN .

У багатьох практичних завданнях можна обмежитися вивченням процесу масопереносу розчинних у фільтраційному потоці речовин тільки на основі рівнянь, що описують конвективний процес, а саме:

(1.7)

(1.8)

причому масообмін визначається наступною досить розповсюдженою залежністю:

(1.9)

де

- концентрація граничного насичення.

Наведені рівняння описують, як правило, міграцію й фізичну трансформацію (сорбцію, десорбцію) консервативних водорозчинних речовин.

Якщо досліджувати масоперенос при плоско-вертикальній і планової сталій або квазиустановленій фільтрації підземних вод, то до моделювання даного процесу доцільно застосувати конформне перетворення рівнянь масопереносу до криволінійним змінних - координатам крапок області комплексного потенціалу фільтрації.

У випадку плоско-вертикальної (профільної) фільтрації рівняння руху підземних вод запишуться у вигляді

(1.10)

де χ - коефіцієнт фільтрації, h - напір, що визначається рівністю

(1.11)

причому вісь Oy спрямована вертикально вниз, p - тиск, ρ - щільність, g - прискорення сили ваги.

У випадку планової напірної фільтрації відповідні рівняння записуються в такий спосіб:

(1.12)

а у випадку планової безнапірної фільтрації

(1.13)

У рівняннях (1.12), (1.13) через T позначена потужність напірного водоносного шару:

- вектор питомої фільтраційної витрати (м²/сут), a h - напір, у цьому випадку визначається наступним рівнянням:

, (1.14)

де Z - вертикальна координата крапки фільтраційного потоку.

Припускаючи, що для розглянутих фільтраційних плинів можна побудувати область комплексного потенціалу

, де ψ- функція потоку, і що відомо характеристичну функцію течії

(1.15)

за допомогою заміни

(1.16)

перетворимо рівняння конвективної дифузії до нових незалежних змінних

й . У результаті такої заміни рівняння конвективної дифузії у випадку плосковертикальної фільтрації запишеться у вигляді

(1.17)

у випадку планової напірної фільтрації - у такому виді

(1.18)

а у випадку планової безнапірної фільтрації перетвориться до наступного виду:

(1.19)

Поставивши в рівняннях (1.17)-(1.19) D= 0, одержимо рівняння конвективного масопереносу без обліку дифузійних процесів, перетворені до новим змінних

, або Φ, Ψ,, або Φ*, Ψ* відповідно для випадків плоско-вертикальної, планової напірної й планової безнапірної фільтрації, а саме:

(1.20)

(1.21)

(1.22)