尾矿库污染物传输过程的数值仿真研究及其经验*

孙 胜，陈 松，吴 超

(中南大学资源与安全工程学院，湖南长沙 410083)

尾矿库工程是各种复杂反应的集合体，在其里面可能会发生各种复杂的物理、化学、生物以及地球化学反应。在尾矿与尾矿废水之间、尾矿库与环境之间，伴有重金属随水渗漏—基础土壤—地下水或者地表水—尾矿库稳定—天然条件的重金属污染物的传递过程。应用FLUENT软件，可以使尾矿污染过程量化、直观化。针对尾矿库污染的特点和FLUENT软件在数值模拟方面强大的功能，本文应用几种常用的化学反应模型:层流有限速率模型(Laminar Finite－Rate)、涡耗散模型(Eddy－Dissipation)和涡耗散概念模型(EDC)对尾矿污染过程进行研究，模拟结果为尾矿环境安全监测提供了可靠依据。

1 尾矿库污染过程的建模

在FLUENT数据库中，有各种化学模型，但主要是关于气体燃烧方面的，当需要特有的化学模型时，FLUENT软件也提供了自定义化学反应的平台。定义化学反应时，应该有化学反应机理、反应率、化学动力学参数(指前因子、阿累尼乌斯活化能)，在不可逆化学反应中定义生成物的反应率为0。FLUENT软件通过求解对流－扩撒方程来计算每个组分的质量分数。对流－扩散方程式如下［1－2］:

式中，Yi是第i组分的质量分数;Ri是第i组分在化学反应中的净生成率;Si是扩撒相加上用户定义的源项得到的净生成率;是存在浓度梯度情况下第i组分所产生的扩散流量。

层流条件下，可以定义扩散流量为:

式中，Di，m为混合物中i组分的扩散系数。

湍流条件下，扩散流量用下式计算:

式中，Sct是湍流施密特数(Fluent中默认为0.7);μt是湍流黏度。……