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城市固体垃圾填埋场内的产热规律与温度分布研究

1.7万字 55页 原创作品，已通过查重系统

摘要
温度、渗滤液和气体是城市固体垃圾填埋场的主要副产物，温度对垃圾填埋场有很大的影响，它会影响到垃圾的降解过程、产气过程和渗滤液的运移过程，同时它还会影响到垃圾填埋场的衬垫系统的稳定性。本文通过建立垃圾填埋场内的产热模型和热传导模型，来预测垃圾填埋场内温度的时空分布，从而为垃圾填埋场的管理和施工提供依据。
垃圾在被填埋后会发生一系列的生物化学反应，反应的过程中会伴随着热量的产生。为了反应垃圾填埋场的产热规律，我结合刘晓东博士的降解模型提出了垃圾填埋场内的产热模型，并且利用文献中的数据得到了模型的参数，这些参数将会用到文章中的热传导模型中，用来预测垃圾填埋场内温度的时空分布。
本文建立了一个单层的一维热传导模型，这个模型简单，便于求解计算，但是由于下边界的过度简化而造成对温度分布预测的不准确。通过与现场观测数据对比后发现，在垃圾填埋场下半部分预测温度比实际观测温度偏低。
为了克服单层一维热传导模型下边界带来了误差，本文提出了垃圾填埋场内的双层热传导模型。由于这个模型求解析解比较麻烦，本文简化了这个双层模型，将上层和下层的热扩散系数设为一样，这样模型就可以方便的求出解析解。为了验证简化后的模型的可行性，本文建立了双层土热传导模型的有限差分格式，并且编制了相应的程序来计算双层土热传导模型的值。通过比较简化后的模型和未简化的双层土的模型差别不大，说明简化是合理的。本文对双层热传导模型与单层热传导模型进行了分析，通过分析得出两个模型在垃圾填埋场的浅层预测结果比较相似，当深度达到10m以上时双层热传导的模型的温度明显高于单层热传导模型。通过计算得出单层热传导模型的最高温度发生第4.1年12米深处，最高温度为52.6℃；双层热传导模型的最高温度发生第4.6年14米深处，最高温度为55.1℃；现场观测数据为56℃，发生在5~7年；双层热传导模型与现场数据更加一致，说明双层热传导模型更加能够反映实际情况。
为了现场试验的需要，本文建立了垃圾填埋场有热循环管影响下的轴对称的热传导模型，分析热循环管对垃圾土的影响范围和温度分布情况。通过分析知道，由于垃圾的热扩散系数较低，热循环管的影响范围有限，它只能较明显影响到周围2m左右的垃圾土的温度，当半径大于两米时，热循环管对其影响就变得很小了；同时，热扩散系数的大小对热循环管的影响范围有一定的影响。


关键词：垃圾填埋场、产热规律、双层热传导、轴对称热传导、解析解