عنوان پایان‌نامه
مطالعه آزمایشگاهی جریان و حمل املاح وابسته به چگالی در محیطهای متخلخل درز و شکاف دار
- رشته تحصیلی
- مهندسی کشاورزی - مهندسی منابع آب
- مقطع تحصیلی
- دکتری تخصصی PhD
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی پردیس کشاورزی و منابع طبیعی شماره ثبت: 6636;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 71629
- تاریخ دفاع
- ۳۰ تیر ۱۳۹۴
- دانشجو
- مرضیه مالمیر
- استاد راهنما
- مجید خیاط خلقی
- چکیده
- حمل املاح چگال و جریان ناشی از آن در محیطهای متخلخل درز و شکاف‌دار، هم به علت وجود شبکه درز و شکاف در محیط متخلخل، و هم حضور سلول‌های همرفتی ناشی از اختلاف چگالی بین املاح و آب زیرزمینی پیرامونی، از موضوعات چالش برانگیز در سال‌های اخیر می‌باشد. در این رساله، تلاش شده است تا با ساخت مدلی آزمایشگاهی از جریان وابسته به چگالی در محیطهای متخلخل درز و شکاف‌دار، درک بهتری از این پدیده فراهم آید و برای اولین بار، مجموعه داده‌های معیار در شرایط کنترل شده آزمایشگاهی به منظور صحت‌سنجی مدلهای عددی ایجاد شود. مدل مفهومی به صورت برشی عمودی و دوبعدی از محیطی متخلخل دارای درز و شکاف‌های منظم عمودی و افقی در نظر گرفته شده است. در مدل آزمایشگاهی، از قطعات شیشه زینتر شده به‌عنوان ماتریکس متخلخل استفاده شده است، که به عنوان ماده‌ای نیمه‌شفاف، امکان انتخاب روش تصویربرداری با استفاده از دوربین را به عنوان رویکرد انتخابی پایش غلظت، فراهم می‌آورد. ابتدا مجموعه آزمایشگاهی شامل مخزن محیط متخلخل درز و شکاف‌دار، سامانه ورودی آلاینده به داخل محیط متخلخل و ثابت نگه داشتن شرایط مرزی، و سامانه تصویربرداری و پایش غلظت املاح، طراحی و ساخته شده است. سپس در راستای مطالعه تأثیر چگالی محلول ورودی به داخل محیط متخلخل، سه آزمایش با غلظت‌های مختلف محلول کلرید کلسیم (CaCl2) به عنوان آلاینده ورودی، به همراه Rhodamine WT به عنوان ردیاب رنگی انجام شده است. در هر سه آزمایش، محلول ورودی از بخش میانی مرز بالایی مدل وارد محیط متخلخل شده است، مرزهای جانبی مدل نفوذناپذیر بوده‌اند و سیال از کناره‌های مرز بالایی مدل خارج شده است. به محض ورود محلول کلرید کلسیم و ردیاب رنگی به محیط متخلخل، تصویر برداری و پایش آغاز شده است. پس از انجام آزمایش‌ها، مدل‌سازی عددی متناظر آن‌ها با استفاده از مدل FRAC3DVS/ HydroGeoSphere (HGS)، اجرا و واسنجی آن با مقایسه با نتایج مدل آزمایشگاهی انجام گرفته است. نتایج مدل آزمایشگاهی و مدل عددی مطابقت قابل قبولی با یکدیگر داشته‌اند و الگوی غالب جریان و حمل وابسته به چگالی در هر دو تقریباً یکسان بوده است. نتایج مدلهای آزمایشگاهی و عددی نشان‌دهنده وقوع دو جریان همرفتی در مقیاس‌های زمانی و مکانی مختلف می‌باشد. ابتدا در درز و شکاف‌ها، همرفت نسبتاً سریعی از درزهای عمودی میانی مدل به سمت درزهای
- Abstract
- The transport of dense solutes in fractured porous media is a challenging issue in recent years, due to both the existence of the fracture networks in the porous medium as well as the presence of convection cells that occurs as a result of the density contrast between the solute and ambient groundwater. In this thesis, a laboratory model of variable-density flow in fractured porous media has been constructed. In this way, it is attempted to improve the understanding of this phenomenon and develop the first benchmarking datasets under controlled laboratory conditions for the purpose of verifying the numerical models. A conceptual model has been considered as a two-dimensional, vertical section of a porous medium containing regular vertical and horizontal fractures. In this laboratory model, sintered glass pieces are used as porous matrix, which are translucent materials. As a matter of fact it would be possible to use the imaging method as a concentration monitoring approach. Primarily, the laboratory setup is designed and developed, including the fractured porous medium tank, the system of both the contamination entrance and the controller of the boundary conditions, and the imaging system as a solute concentration monitoring. In order to study the solute density effect, three experiments are conducted, using the different concentrations of calcium chloride (CaCl2) containing Rhodamine WT as a colored tracer. After experimental modeling, numerical modeling is done using FRAC3DVS/ HydroGeoSphere (HGS) model and is calibrated by acquired experimental datasets. Results have shown that the numerical model matches adequately with the experimental results and the general pattern of the flow and solute transport in the both of them are the same. Results of experimental and numerical modeling, both, have shown that two convective flows occur at different spatial and temporal scales. At the first, in the fractures, a rapid convection from the centeral vertical fractures to
