第七届青年地学论坛

从孔隙尺度机理层面研究胶体颗粒传输和吸附具有重要意义。本文基于欧拉-拉格朗日方法在孔隙尺度层面计算了三维Happle球体对胶体颗粒的初始捕获效率。模型考虑了胶体颗粒在捕获面附近的水动力延迟效应，针对有利和不利条件下一系列典型地下水速度、胶体颗粒参数等进行了批量计算，将计算结果与经典相关方程做了比较。为进一步验证计算结果，基于升尺度理论计算胶体颗粒一阶沉积速率常数。结果表明：（1）考虑捕获面附近的水动力延迟效应，捕获效率计算值降低，过去一些未考虑水动力效应的相关方程（如RT方程）高估了捕获效率；（2）有利条件下对于捕获面采用完全沉积边界大大提高了计算效率，但也低估了颗粒沉积速率，胶体颗粒接近捕获面时范德华力会进一步增加捕获概率；不利条件下捕获面附近的胶体颗粒动能较小，基本不可能越过DLVO曲线的能垒。不利条件下Hamaker碰撞捕获模型等不适用，采用改进的Maxwell理论是唯一能够从机理层面计算胶体颗粒捕获效率的方法；（3）基于升尺度理论计算和验证过程表明，机理模拟和实验结果不可避免存在偏差，总体上有利条件下模拟结果与实验值能保持在同一数量。而不利条件下计算结果不可靠，其原因可能在于计算模拟时的基本假设：初始“清洁层”条件、忽略捕获面粗糙度和二级势阱不稳定吸附。
 

孔隙尺度，胶体颗粒捕获，升尺度，模拟计算