中級(jí)地球科學(xué)溶質(zhì)運(yùn)移.ppt

COMSOL Multiphysics“地球科學(xué)模塊” 中級(jí)培訓(xùn) 溶質(zhì)運(yùn)移,溶質(zhì)運(yùn)移,“Saturated Porous Media”模式 “Variable Saturated Porous Media”模式,“Saturated Porous Media”模式偏微分方程 “Variable Saturated Porous Media”模式偏微分方程 應(yīng)用模式屬性（Application Mode Properties） 求解域控制方程設(shè)定（Subdomain Settings） 邊界條件設(shè)定（Boundary Settings） 點(diǎn)、邊設(shè)定（Point and Edge Settings）,內(nèi)容,對(duì)流 吸附和阻滯 水里擴(kuò)散 反應(yīng) 保守和非保守公式,c = solute concentration cP = adsorbed concentration qs = fluid volume fraction u = fluid velocity rb = bulk density DL = dispersion tensor RL = aqueous reactions RP = solid reactions Sc = solute source,Fluid and Solid rxns,水動(dòng)力彌散,對(duì)流,吸附,“Saturated Porous Media”模式,Advection 水平對(duì)流,溶質(zhì)隨著運(yùn)動(dòng)著的流體移動(dòng)的過程稱為對(duì)流。,追蹤溶質(zhì)粒子的位置是通過平均線性流速 the vector of average linear fluid velocities,s代表流體體積含水率，對(duì)于自由流體其值為1，對(duì)于多孔介質(zhì)，為孔隙率，值在0.1-0.5之間。,對(duì)于溶質(zhì)輸送應(yīng)用模式，用戶提供的是通過多孔介質(zhì)單位面積的流體速度，比如特定的或者達(dá)西定律計(jì)算出的流網(wǎng)的流速。而不是孔隙內(nèi)流體的流速ua,Sorption and Retardation 吸附、解吸以及阻滯,cP adsorbed concentration,應(yīng)用模式提供三種預(yù)定義的計(jì)算方式,滯留因子RF 表征污染物在遷移過程中相對(duì)于水流被滯后的程度,Hydrodynamic Dispersion 水動(dòng)力彌散,機(jī)械彌散與分子擴(kuò)散共同作用的結(jié)果，形成了水動(dòng)力彌散。,反應(yīng) Reactions,環(huán)境中的化學(xué)反應(yīng)會(huì)影響溶質(zhì)運(yùn)移，比如生物降解、放射性衰退、變質(zhì)、發(fā)熱、吸熱反應(yīng)等。用戶可以指定偏微分方程等式右端的反應(yīng)項(xiàng)。,通常的反應(yīng)包括：,保守和非保守形式,在地球科學(xué)溶質(zhì)運(yùn)移應(yīng)用模式有保守和非保守形式的控制方程可以選用,保守形式的控制方程適用可壓縮流體，流體的密度在空間是變化的,非保守形式的控制方程適用不可壓縮流體，不可壓縮流體對(duì)流項(xiàng)速度的散度是0,“Variable Saturated Porous Media”模式,c = aqueous concentration cP = adsorbed concentration cG = gas concentration qs = fluid volume fraction rb = bulk density av = gas volume u = fluid velocity,Fluid, Solid, and Gas rxns,DL = liquid dispersion tensor DG = gas dispersion tensor RL = aqueous reactions RP = solid reactions RG = gas reactions Sc = solute source,對(duì)流、吸附和阻滯 同飽和溶質(zhì)運(yùn)移應(yīng)用模式,水動(dòng)力彌散 在前述基礎(chǔ)上補(bǔ)充了流體-氣體彌散張量,2D system,反應(yīng) 增加了氣相,保守非保守形式,應(yīng)用模式屬性（Application Mode Properties）,求解域控制方程設(shè)定,邊界條件設(shè)定（Boundary Settings）,點(diǎn)、邊設(shè)定（Point and Edge Settings）,Example：Variably Saturated Flow and Transport,算例描述：如右圖所示，帶有化學(xué)品的圓環(huán)內(nèi)的水向下方的土柱中移動(dòng)，當(dāng)流動(dòng)穿過非飽和的土柱的時(shí)候，化學(xué)物黏附在土體顆粒上，減緩了溶質(zhì)相對(duì)于水的輸送。另外，化學(xué)品濃度在水體和土體中發(fā)生生物降解而衰退。通過模擬追蹤溶質(zhì)的運(yùn)移過程。是一個(gè)2D軸對(duì)稱模型。,控制方程,Fluid Flow,van Genuchten formulas,地下水流動(dòng)和溶質(zhì)運(yùn)移通過流體流速耦合在一起,Solute Transport,為了求解更方便，展開上式左項(xiàng),建模步驟：,PhysicsConstants,Physics the Scalar Variables,定義幾何模型,DrawSpecify ObjectsRectangle,DrawSpecify ObjectsRectangle,DrawSpecify ObjectsLine,r - 0 0.25, z - 0 0.,求解域控制方程、邊界條件設(shè)定,Multiphysics - Richards Equation (esvr).,van Genuchten,邊界條件Richards Equation,Multiphysics - Solute Transport (esst).,邊界條件Solute Transport,網(wǎng)格剖分,求解設(shè)定,-0.1 0 logspace(-3,-1,21) 0.1:0.1:1 1:1:5,結(jié)果查看,Estimates of effective saturation (surface plot), pressure head (contours), and velocity (arrows) in variably saturated soil