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摘要
为了探究隧道排水管道CaCO3结晶沉积速率，以化学反应机理和流体动力机理共同作用下的隧道排水管道CaCO3结晶沉积过程为研究对象。通过Fluent软件建立了基于化学反应模型和离散相模型，并考虑固液耦合作用的隧道排水管道CaCO3结晶沉积速率数值模拟模型。以流体流速、温度、Ca2+浓度为主要研究因素，并对每个因素取3个水平：流体流速、温度、Ca2+浓度。对所选化学反应过程的反应速率常数k进行了计算，由此开展了不同工况下正交试验数值模拟，探究了各种影响因素下的CaCO3结晶发展规律。在数值模拟的基础上，通过无量纲法推导出基于流体流速、温度与Ca2+浓度这3种因素作用下隧道排水管道单位面积CaCO3结晶沉积速率的关联式。为验证关联式可靠性，开展了室内循环水结晶试验，将同等工况下关联式计算值和室内试验所得单位面积CaCO3结晶沉积速率值进行了对比验证。结果表明：CaCO3结晶量与温度及Ca2+浓度呈正相关关系，与流体流速呈负相关关系；Ca2+浓度对CaCO3结晶生成量的影响程度最大，温度的影响程度最小；推导所得关联式计算结果与室内试验结果较为契合，误差小于3%,处于允许范围之内，表明关联式能较准确地求得排水管道单位面积CaCO3结晶沉积速率。
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单位长安大学; 公路学院
