DC 欄位 | 值 | 語言 |
dc.contributor | 李天浩 副教授 | zh-TW |
dc.contributor | Lee, Tim-Hau | en |
dc.contributor | 臺灣大學:土木工程學研究所 | zh-TW |
dc.contributor.author | 王耀霖 | zh-TW |
dc.contributor.author | Wang, Yao-Lin | en |
dc.creator | 王耀霖 | zh-TW |
dc.creator | Wang, Yao-Lin | en |
dc.date | 2009 | en |
dc.date.accessioned | 2010-07-01T01:20:12Z | - |
dc.date.accessioned | 2018-07-09T20:17:01Z | - |
dc.date.available | 2010-07-01T01:20:12Z | - |
dc.date.available | 2018-07-09T20:17:01Z | - |
dc.date.issued | 2009 | - |
dc.identifier.other | U0001-2201200913320300 | en |
dc.identifier.uri | http://ntur.lib.ntu.edu.tw//handle/246246/187905 | - |
dc.description.abstract | 本研究延續李居正(2006)已建立具有241Am以及137Cs雙伽碼射線之非破壞性飽和度量測設備,設計一維穩態砂柱試驗觀察重質非水相液體 (dense-nonaqueous-phase liquid, DNAPL)在地表下之分布。試驗前以射線量測砂樣時,發現光子數變化大,因射源開孔僅2.8 mm,使量測體積未達「最小代表性體積」(representative elementary volume, REV),造成孔隙率 有著不確定。由伽碼射線衰減原理,分析影響砂箱土壤內二相流體飽和度量測準確性,為光子數、土壤孔隙率以及孔隙率結合飽和度不確定性的變異數等三項的權重組合。測中,以高斯機率密度函數擬合3~4Kev能量解析度觀測值的峰值,為衰減前後的量測值,可降低光子數變異,減少飽和度估計隨機誤差;土壤異質性產生之不確定性遠大於光子數隨機變異,因此衰減係數檢定中,僅對流體進行檢定不加入試驗砂,可得到較小飽和度之95%信心區間;當量測體積約為射源開孔之10倍時可視為達到REV,增加取樣體積可減少孔隙率不確定性。雙射源對於各介質之衰減關係為,241Am對於試驗砂、水和DNAPL介質間之差異分辨率較大,適合鑑別;而 137Cs對於試驗砂、水和DNAPL介質間的差異分辨率很低。 研究以「石英砂」作為孔隙介質,HFE-7100為試驗用DNAPL,利用重力自然排水,取得「水-空氣」流體對「首次排退」的「毛細壓力-飽和度」關係曲線,得到空氣進入壓力,換算DNAPL理論進入壓力;在「水-DNAPL」試驗中觀察水的主排退(DNAPL進入)現象,取得DNAPL進入壓力,且理論和實驗之結果相近,可作為未來二維試驗設計參考,並藉由伽碼射線及視覺化觀察,可更準確知道DNAPL指狀方式進入孔隙介質中達穩態後之分布;在「水-DNAPL-空氣」三相流試驗中,由DNAPL飽和、水殘留初始狀態下水和DANPL同時排退(空氣進入)的曲線,試驗結果在接近地下水位面DNAPL的飽和度約為25%,且有因DNAPL殘留量少,而無法分辨DNAPL的殘餘飽和度之現象。議未來可透過調整試驗砂箱厚度,射源出口大小、保持光子數量大約相同的方式,使取樣體積達到REV,減少因為土壤孔隙率異質性產生之變異性,以期後續研究提高量測之精度。 | zh-TW |
dc.description.abstract | This study follows Lee (2006) using the Gamma-ray attenuation theory to establish non-destructive measuring equipment. To measure nonaqueous-phase liquid (NAPL) and water contents simultaneously, a collinear dual-energy γ-radiation system is employed. The radiation sources are 241Am and 137Cs. A one-dimensional (1-D) multiphase flow experiment is conducted to investigate the distribution of dense-NAPL (DNAPL) in the subsurface at steady state. Both holder and detector possessed lead shielding with a 2.8-mm-diameter. Before the experiment we find the variation of measuring counts is large when measuring the soil sample. That is the measuring volume does not reach representative elementary volume (REV). So the porosity ( ) has uncertainty. From the Gamma-ray attenuation theory, the uncertainty of measuring saturation comes from counts, porosity and porosity combining saturation. his study uses Gauss probability density function to fit the measurements peak-value. This method can decrease the variation of counts and saturation. The largely variation is porosity. So at attenuation coefficient test, the method only measures the fluid and not includes sand which can get less prediction interval of saturation. When the measuring volume is ten times of one single measuring volume, it may be regarded as REV. Analysis attenuation of dual-gamma source to each material that 241Am can differentiate each material easily and 137Cs can’t distinguish the material.his study uses Quartz sand as porous medium and HFE-7100 as DNAPL. We can get water-air soil experiment data of capillary pressure (Pc) and saturation (S) during primary drainage. Then the measured air entry-pressure can be used to calculate the DNAPL entry-pressure. From water primary drainage (DNAPL imbibition) process within water-DNAPL two-phase fluids, we can get DNAPL entry-pressure. The experimental results are close to the theoretical values. Then we can use it to design 2-D experiment in the future. Through gamma ray measurement and visualization, we can know distribution of the DNAPL accurately. At water-DNAPL-air three-phase fluids, the initial condition is DNAPL-saturated and water-residual. We observe water and DNAPL drainage (air imbibition) at the same time then get Pc-Scurve. The saturation of DNAPL near ground water table is approximately 25%. And the DNAPL residual is few and unable to be distinguished.o sum up, we suggest that modulating the thickness of sand box and the diameter of gamma beam to maintain the quantity of counts. We can reduce the variation of heterogeneity and increase precision by measuring at REV scale. | en |
dc.description.tableofcontents | 目錄謝…………………………………………………………………Ⅰ文摘要……………………………………………………………………Ⅱ文摘要……………………………………………………………………Ⅳ錄…………………………………………………………………Ⅵ目錄………………………………………………………………Ⅸ目錄……………………………………………………………… VI一章、緒論………………………………………………………1-1.1 研究動機與問題概述…………………………………………1-1.2 相關文獻回顧…………………………………………………1-3.2.1 土壤特徵曲線與水分遲滯現象…………………………..1-3.2.2 比例化技術………………………………………………..1-5.2.3 文獻試驗…………………………………………………..1-7.3 研究目標………………………………………………………1-12.4 論文架構………………………………………………………1-12二章、研究方法……………………………………………………2-1.1 量測基本原理…………………………………………………2-2.2 量測不確定性分析方法………………………………………2-4.2.1 光子數、衰減係數及土壤孔隙率的不確定性……………2-5.2.2 孔隙率和飽和度結合產生之不確定性……………………2-10.2.3 實際試驗之量測不確定性及量測方法……………………2-11.3 DNAPL 在孔隙中之分布………………………………………2-13.3.1 DNAPL之進入毛細壓力……………………………………2-14.3.2 指狀流現象於空間中之分布………………………………2-17.3.3 DNAPL排退過程之毛細壓力-飽和度關係…………………2-18.4 試驗設備………………………………………………………2-19.4.1 載台之設計…………………………………………………2-19.4.2 偵檢器………………………………………………………2-20.4.3 一維試驗砂箱………………………………………………2-20.4.4 孔隙介質的選用……………………………………………2-21.4.5 試驗DNAPL選用……………………………………………2-21三章、量測方法驗證………………………………………………3-1.1 光子數隨機變化…………………………………………………3-1.1.1 針對解析度有限進行高斯擬合……………………………3-1.1.2 量測穩定性分析……………………………………………3-5.1.3 量測資料是否為隨機性……………………………………3-9.1.4 量測時間對於量測準確度之影響…………………………3-11.2 檢定各介質單位厚度之衰減係數……………………………3-14.2.1 檢定試驗(2V)砂之衰檢係數………………………………3-14.2.2 檢定水之衰檢係數…………………………………………3-15.3.3 檢定HFE (含碘庚烷)之衰檢係數…………………………3-17.3.4 檢定「水-HFE」二相流體之衰減係數……………………3-19.3 土壤孔隙率空間差異…………………………………………3-22.3.1 射線量取之範圍是否達到REV……………………………3-22.3.2 土壤孔隙率變異與光子數隨機變異之關係………………3-24.4 孔隙率和飽和度結合之不確定性變異分析…………………3-28.4.1 孔隙率和飽和度結合及僅光子數隨機變化之量測誤差分 析……………………………………………………………3-29.4.2 包含土樣和不包含土樣量測之飽和度不確定性…………3-32.5 小結……………………………………………………………3-36四章、一維穩態砂柱試驗…………………………………………4-1.1 一維「水-空氣」砂柱試驗……………………………………4-1.1.1 首次退水(Primary drainage)…………………………….4-1.1.2 試驗結果……………………………………………………4-4.2 一維「水-DNAPL」砂柱試驗量測進入壓力…………………4-6.2.1 理論DNAPL進入壓……………………………………………4-6.2.2 實驗量測DNAPL進入壓力……………………………………4-7.3 觀察指狀現象於空間中之分布………………………………4-13.3.1 試驗過程……………………………………………………4-13.3.2 試驗結果……………………………………………………4-14.3.3 試驗分析……………………………………………………4-15.4 DNAPL排退過程之「水-DNAPL-空氣」三相流試驗…………4-17.4.1 試驗過程……………………………………………………4-18.4.2 試驗結果……………………………………………………4-21.5 小結……………………………………………………………4-22五章、結論與建議…………………………………………………5-1.1 結論………………………………………………………………5-1.2 建議………………………………………………………………5-3考文獻………………………………………………………………6-1錄A 試驗器材……………………………………………………A-1歷目錄1-1 墨水瓶效應示意圖由於孔隙形狀的變化,在相同毛細壓力下,排退(a)和膨潤(b)過程顯現出不同的飽和度情形……………1-41-2 非濕潤相入陷示意圖…………………………………………1-41-3 土壤水分遲滯效應造成毛細壓力-飽和度掃描迴圈之示意圖其中為毛細壓力、S為水分飽和度、 為殘餘飽和度…………………1-51-4 二維砂箱試驗DNAPL於非均質土層之分布(摘自Oostrom(1999))………………………………………………………………1-102-1 實驗設備照片,右側鉛塊內包覆射源,伽碼射線透過鉛塊上小孔,穿過土壤試體,由左下角的偵檢器接收。射源和偵檢器置可上下移動,土壤試體置於可以左右移動的載台。……………2-12-2 鉛塊包覆核種的伽碼射線出口設計示意圖…………………2-22-3 訊號處理後輸出之241Am及137Cs keV-counts圖,縱軸為光子數(Counts),橫軸為能量單位(keV)………………………2-72-4 「水-空氣」以及「LNAPL-空氣」二相流體對,分別以241Am 137Cs 為射源得到之衰減係數,試驗中以「石蠟油」以混合碘庚烷」作為試驗LNAPL(摘自李居正(2006))…………………2-82-5 不將流體混入土樣之衰減係數檢定方法示意圖…………2-102-6 兩種衰減係數檢定量測方法之飽和度信心區間…………2-112-7 DNAPL於孔隙介質中可能存在之形式……………………2-142-8 實驗中量測DANPL進入壓力示意圖,假設試驗砂之空氣進入為he,C,則DNAPL需堆積LH,才足以突破界面力進入孔隙介質中。…………………………………………………………………2-152-9 孔隙介質毛細鑲邊示意圖…………………………………2-162-10 射線穿透路徑上量測到DNAPL含量示意圖………………2-182-11 「水-DNAPL-空氣」三相流試驗示意圖…………………2-192-12 取得HFE排退過程之毛細壓力和飽和度關係……………2-192-13 試驗載台設計:包括可供射源及偵檢器上下移動之垂直載台,可供試驗砂柱左右移動之水平載台。…………………………2-202-14 試驗用砂的粒徑分布圖……………………………………2-212-15 於「水-HFE」系統中量測水對純HFE的結果發現量測不顯著,對HFE以體積比20:1添加碘庚烷,可將衰減係數放大使量測著。………………………………………………………………2-223-1 241Am擬合高斯分布曲線……………………………………3-23-2 可發現241Am之擬合值大於量測值…………………………3-33-3 137Cs擬合高斯分布曲線……………………………………3-43-4 137Cs擬合峰值之平均值小於量測值………………………3-43-5 241Am擬合μ隨時間之變化…………………………………3-63-6 241Am擬合光子數隨時間之變化……………………………3-63-7 137Cs擬合μ隨時間之變化…………………………………3-73-8 137Cs擬合光子數隨時間之變化……………………………3-83-9 光子數於量測時呈線性變化………………………………3-113-10 不同砂厚度時雙射源測得到之相對光子數………………3-153-11 雙射源檢定2V砂之單位厚度衰減係數……………………3-153-12 不同水厚度時雙射源測得到之相對光子數………………3-163-13 雙射源檢定水單位厚度衰減係數…………………………3-163-14 不同HFE厚度時雙射源測得到之相對光子數……………3-173-15 雙射源檢定HFE單位厚度衰減係數.………………………3-183-16 不同厚度之水及HFE得到之相對光子數呈指數關係……3-203-17 雙射源得到之「水-HFE」單位厚度相對衰減係數檢定結果……………………………………………………………………3-213-18 雙射源得到之「水-HFE」系統衰減係數檢定結果………3-213-19 試驗中所取到樣本體積和其標準偏差之比較,可發現其取樣之體積約於3~4cm3處達到REV……………………………………3-243-20 針對土壤孔隙率異質性及光子數隨機變化進行探討之土樣中量測點………………………………………………………………3-253-21 241Am及137Cs於30個不同點位的量測平均值圖………3-263-22 含砂及移除砂量測之衰減係數檢定之不確定性示意圖…3-283-23 241Am對含砂「水-HFE」系統中量測到之95%信心區間3-323-24 137Cs對含砂「水-HFE」系統中量測到之95%信心區間3-333-25 241Am對「水-HFE」系統中移除砂量測之95%信心區間3-333-26 137Cs對「水-HFE」系統中移除砂量測之95%信心區間3-343-27 241Am對「水-空氣」系統中移除砂量測之95%信心區間3-353-28 137Cs對「水-空氣」系統中移除砂量測之95%信心區間3-354-1 一維穩態「水-空氣」二相流砂柱試驗……………………4-34-2 三種試驗用砂之毛細壓力與飽和度關係圖………………4-54-3 三種試驗用砂之篩分析……………………………………4-54-4 於飽和含水層上堆積HFE……………………………………4-84-5 HFE於2V砂上堆積約2.7cm觀測到有指狀HFE及水排出之情形……………………………………………………………………4-94-6 (a)砂箱側邊觀測到有指狀流現象;(b)背面觀測到有指狀流現象…………………………………………………………………4-104-7 HFE於標準砂上堆積約3.3cm觀測到有指狀HFE及水排出之情形…………………………………………………………………….4-104-8 (a)砂箱側邊觀測到有指狀流現象;(b)背面觀測到有指狀流現象…………………………………………………………………4-114-9 HFE於標準砂上堆積約5.3cm觀測到有指狀HFE及水排出之情形…………………………………………………………………….4-114-10 (a)砂箱側邊觀測到有指狀流現象(b)背面觀測到有指狀流現象…………………………………………………………………4-124-11 實驗中砂箱正面雙伽碼射線掃瞄範圍示意圖……………4-144-12 (a)砂箱正面圖(b)砂箱背面圖…………………………4-154-13 水平垂直掃瞄後各高程點位之HFE飽和度………………4-164-14 三相流實驗設計示意圖……………………………………4-184-15 三相流實驗填砂過程示意圖………………………………4-194-16 HFE浮力大,砂需累積至足夠重量才會進入HFE………4-194-17 填砂時會有大孔隙產生……………………………………4-194-18 填完砂後表面觀察結果……………………………………4-204-19 降水位達穩定後之表面觀察結果…………………………4-204-20 DNAPL排退過程之三相流試驗結果………………………4-22目錄1-1 以雙伽碼射線量測各介質之衰減係數(摘自J.Host-Madsen(1992))………………………………………………………………1-82-1 純鍺及NaI偵檢器之特性比較……………………………2-202-2 HFE7100及TCE性質比較表(摘自Masashi Kamon(2004))2-223-1 241Am量測之峰值和擬合峰值之比較………………………3-33-2 137Cs量測之峰值和擬合峰值之比較………………………3-53-3 241Am在連續及間斷量測下資料之比較……………………3-63-4 241Am連續及間斷量測下採變異數分析之結果……………3-73-5 137Cs在連續量測及間斷量測下資料之比較………………3-83-6 137Cs連續及間斷量測下採變異數分析之結果…………3-103-7 241Am及137Cs於量測時間1分鐘與2分鐘時之自相關係數3-103-8 t檢定資料相關性結果……………………………………3-133-9 50筆2分鐘資料參數統計值………………………………3-133-10 100筆1分鐘資料參數統計值……………………………3-133-11 2分鐘及1分鐘光子數之變異數關係……………………3-143-12 不同砂厚度之光子數對初始條件取對數的結果………3-163-13 不同水厚度之光子數對初始條件取對數之結果………3-173-14 不同HFE厚度之光子數對初始條件取對數之結果………3-183-15 砂、水及HFE三種介質的指數衰減關係…………………3-183-16 砂、水及HFE三種介質單位厚度的衰減係數……………3-193-17 雙射源經過單位厚度皆相同之各介質時衰減程度之比較……………………………………………………………………3-203-18 實驗取得五種不同HFE及水厚度下的平均光子數………3-223-19 為實驗量測及理論推得之衰減係數比較結果…………3-233-20 三種試驗砂之體積和射線穿透總體積比…………………3-233-21 實驗得到30點的各點平均值及樣本標準偏差…………3-273-22 由實驗得到的各變異之關係 ……………………………3-283-23 雙射源通過不同介質之光子數隨機變化………………3-283-24 「水-HFE」系統含砂及不含砂量測之飽和度不確定性關係……………………………………………………………………3-343-25 「水-空氣」系統不含砂量測之飽和度不確定性關係…3-354-1 試驗用砂之毛細鑲邊高度…………………………………4-54-2 試驗用溶液之表面張力及界面張力值……………………4-64-3 HFE於試驗用砂之理論進入壓力……………………………4-74-4 HFE理論與實驗之進入壓力………………………………4-12 | en |
dc.format.extent | 3308432 bytes | - |
dc.format.mimetype | application/pdf | - |
dc.language | zh-TW | en |
dc.language.iso | en_US | - |
dc.subject | 非破壞性量測 | zh-TW |
dc.subject | 雙伽碼射線 | zh-TW |
dc.subject | DNAPL | zh-TW |
dc.subject | REV.進入壓力 | zh-TW |
dc.subject | 毛細壓力-飽和度曲線 | zh-TW |
dc.subject | non-destructive measuring | en |
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dc.subject | REV | en |
dc.subject | Pc-S curve | en |
dc.title | 雙伽碼射線量測孔隙介質多相流體問題之探討 | zh-TW |
dc.title | The study of multi-phase flow in porous media using dual-gamma ray | en |
dc.type | thesis | en |
dc.identifier.uri.fulltext | http://ntur.lib.ntu.edu.tw/bitstream/246246/187905/1/ntu-98-R95521306-1.pdf | - |
item.openairecristype | http://purl.org/coar/resource_type/c_46ec | - |
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顯示於: | 土木工程學系
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