環(huán)境流體力學(xué)進(jìn)展

1、.環(huán)境流體力學(xué)的研究發(fā)展陳萬佳（20106417）摘要：本文主要介紹了當(dāng)今在環(huán)境流體力學(xué)方面的一些新的進(jìn)展和一些新技術(shù)興的應(yīng)用，還有一些自己有關(guān)環(huán)境流體力學(xué)的一些感想和看法。關(guān)鍵詞：環(huán)境流體力學(xué)、進(jìn)展、看法環(huán)境流體力學(xué)的概念流體是氣體和液體的總稱。風(fēng)對(duì)建筑物、橋梁、電纜等的作用使它們承受載荷和激發(fā)振動(dòng);廢氣和廢水的排放造成環(huán)境污染;河床沖刷遷移和海岸遭受侵蝕;研究這些流體本身的運(yùn)動(dòng)及其同人類、動(dòng)植物間的相互作用的學(xué)科稱為環(huán)境流體力學(xué)。這是一門涉及經(jīng)典流體力學(xué)、氣象學(xué)、海洋學(xué)和水力學(xué)、結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)等的新興邊緣學(xué)科。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和計(jì)算手段的日益完善,環(huán)境流體力學(xué)逐漸趨向于研究多尺度、多學(xué)科的綜

2、合性問題,包括氣候、生態(tài)、污染、災(zāi)害等許多方面。接下來就從一下幾個(gè)方面來簡單的介紹一下環(huán)境流體力學(xué)的研究發(fā)展環(huán)境流體力學(xué)在水體中的應(yīng)用環(huán)境流體力學(xué)在河流水體中又稱為環(huán)境水力學(xué)。環(huán)境水力學(xué)主要研究水體中所含物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律,其內(nèi)容涉及水文學(xué)、水力學(xué)、水化學(xué)、水生物學(xué)、生態(tài)學(xué)、湖沼學(xué)等,是一門綜合性很強(qiáng)的交叉學(xué)科。它既研究水力學(xué)中的環(huán)境問題,也研究環(huán)境工程中的水力學(xué)問題。 其中水質(zhì)模型是研究流體力學(xué)中環(huán)境問題的一種重要方法。質(zhì)模型是水體中污染物隨空間和時(shí)間遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律的描述,是一個(gè)用于描述物質(zhì)在水環(huán)境中的混合、遷移過程的數(shù)學(xué)模型,即描述水體中污染物與時(shí)間、空間的定量關(guān)系。水質(zhì)模型研究從空間層次上可分

3、為一維、二維、三維模型和水系模型、模型系統(tǒng)。一維模型是最常用的水質(zhì)模型,包括QUALII、WASP、MIKEII、CE-QUAL - R1等。二維模型主要有FESWMS、MIKE21、CE-QUAL-R2。水系模型又被稱為降雨徑流模型,它們包括了許多不同尺度的變化過程。 環(huán)境水力學(xué)在現(xiàn)今情況下飛快發(fā)展，尤其對(duì)水環(huán)境保護(hù)其中包括器了至關(guān)重要的作用。其中就簡單的介紹兩種環(huán)境水力學(xué)的研究進(jìn)展。第一種就是河道死水區(qū)域的物質(zhì)交換的數(shù)值模擬：河道死水區(qū)由不規(guī)則的河岸和河床所致，如丁壩、導(dǎo)壩、盲河道等。針對(duì)矩形盲河道，采用三維數(shù)學(xué)模型研究主河道與盲河道間的物質(zhì)交換，利用主盲河道交界面上的橫向速度和均勻注入盲

4、河道的示蹤劑的濃度和衰減過程數(shù)據(jù)，計(jì)算得到交界面上的物質(zhì)交換系數(shù)。數(shù)值結(jié)果定性的再現(xiàn)了觀察到的流動(dòng)圖樣，但低估了主盲河道的物質(zhì)交換率，而濃度數(shù)據(jù)得到的交換律則與實(shí)驗(yàn)一致。第二種則是水環(huán)境中汞遷移與歸宿的模擬：指出水環(huán)境中汞的遷移與歸宿問題涉及水利學(xué)、泥沙運(yùn)輸、地球化學(xué)微生物學(xué)等多學(xué)科，并包含許多不甚清楚地過程和機(jī)制。例如：微生物過程、成巖過程、各類汞在底泥與上覆水體間的交換機(jī)制等。提出采用集成的多組分反應(yīng)運(yùn)輸模型來描述這些過程。模型包括水體中各類汞對(duì)流-擴(kuò)散的耦合輸運(yùn)，考慮了泥沙沉降-再懸浮過程及其對(duì)各類汞在底泥與上覆水體間的交換過程的影響。討論了地球生物化學(xué)過程，給出了模型在加；利福利亞Co

5、lusa流域的應(yīng)用結(jié)果。環(huán)境流體力學(xué)在大氣中的運(yùn)用隨著現(xiàn)代電子計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的飛速發(fā)展，用現(xiàn)代計(jì)算流體力學(xué)方法數(shù)值模擬大氣環(huán)境應(yīng)用也越來越廣泛。數(shù)值計(jì)算的邊界條件是實(shí)現(xiàn)數(shù)值預(yù)測城市大氣環(huán)境的關(guān)鍵,其中包括高空邊界的條件、計(jì)算域側(cè)面的邊界條件和下墊面邊界條件。在預(yù)測中.選擇亞格子動(dòng)能和湍動(dòng)能尺度構(gòu)造的亞格子應(yīng)力模型,可以獲得較合理的預(yù)測結(jié)果。應(yīng)用大渦數(shù)值模擬預(yù)測的澳門行政區(qū)大氣環(huán)境結(jié)果,風(fēng)速、地溫采用ARPS程序計(jì)算,可以得到和和澳門實(shí)際情況基本一致的結(jié)果。居民小區(qū)的大氣環(huán)境包括街道和居民區(qū)的風(fēng)速風(fēng)向和污染物的濃度,同樣采用長方形數(shù)值預(yù)測區(qū)域,采用高精度的有限體積離散方法,建筑表面和地面采用流體在物

6、面的無滑移條件,亞格子應(yīng)力采用較為精細(xì)的動(dòng)力模式。邊界條件的提法包括頂部邊界條件、建筑物表面邊界條件、迎風(fēng)面邊界條件等。對(duì)于復(fù)雜地形,采用拉格朗日時(shí)間平均的動(dòng)力模式。通過這些方法可以獲得較合理的預(yù)測結(jié)果。首先要說的是穩(wěn)定大氣比那屆層模擬的新進(jìn)展：內(nèi)容主要是大氣邊界層。邊界層是大氣的最低的部分，它不斷地受下墊面的機(jī)械（粗糙度和剪切）和熱（冷卻和加熱）效應(yīng)的影響。在短中期天氣預(yù)和應(yīng)用報(bào)微氣象研究中，適當(dāng)?shù)谋碚骱徒Ｊ欠浅Ｖ匾摹Ｆ浯我f的是觀測和逆向模擬相結(jié)合定位空氣污染源中的應(yīng)用：將觀測和基于貝葉斯統(tǒng)計(jì)的逆向模擬相結(jié)合，給出了兩種定位空間污染源的辦法。兩種辦法均利用噴出模型來產(chǎn)生污染物濃度場，并

7、利用氣相資料獲得預(yù)定觀測點(diǎn)的測量數(shù)據(jù)。第一種利用迭代求解，全部可能源中概率密度最大者即為污染源的全部位置。第二種方法利用記錄和現(xiàn)場數(shù)據(jù)庫，將氣象數(shù)據(jù)和源參數(shù)結(jié)合起來分析。結(jié)語 環(huán)境流體力學(xué)的進(jìn)展不僅僅只表現(xiàn)在這幾個(gè)方面，還變現(xiàn)在其他環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域，同樣對(duì)環(huán)境保護(hù)起著重要的作用。這里只是簡單的做一下介紹而已，讓我們看到環(huán)境流體力學(xué)的發(fā)展。在我看來環(huán)境流體力學(xué)是一門高速發(fā)展的學(xué)科，他需要我們不斷地去研究、發(fā)展和完善，使其更加日臻成熟。同時(shí)在河流水體中,大氣環(huán)境中,在生產(chǎn)方面,利用環(huán)境流體力學(xué)相關(guān)知識(shí),可以提高生產(chǎn)效率,探索環(huán)保新發(fā)展，改善我們的生活質(zhì)量，使我們的生活更加美好。參考文獻(xiàn)：1 湯天偉,馬成松.關(guān)于重新構(gòu)建環(huán)境流體力學(xué)的思考J.江漢石油學(xué)院學(xué)報(bào),2003,25(3):158.2 崔桂香,許春曉,張兆順,等.城市大氣環(huán)境的數(shù)值模擬J.環(huán)境力學(xué)研究專題,2007,25(14):1521.3