中级地球科学-溶质运移幻灯片.ppt

COMSOL Multiphysics“地球科学模块” 中级培训 ——溶质运移,溶质运移,“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 应用模式属性（Application Mode Properties） 求解域控制方程设定（Subdomain Settings） 边界条件设定（Boundary Settings） 点、边设定（Point and Edge Settings）,内容,对流 吸附和阻滞 水里扩散 反应 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,,,,水动力弥散,对流,吸附,“Saturated Porous Media”模式,Advection — 水平对流,溶质随着运动着的流体移动的过程称为对流。

追踪溶质粒子的位置是通过平均线性流速 — the vector of average linear fluid velocities,θs代表流体体积含水率，对于自由流体其值为1，对于多孔介质，为孔隙率，值在0.1-0.5之间对于溶质输送应用模式，用户提供的是通过多孔介质单位面积的流体速度，比如特定的或者达西定律计算出的流网的流速而不是孔隙内流体的流速ua,Sorption and Retardation — 吸附、解吸以及阻滞,cP — adsorbed concentration,应用模式提供三种预定义的计算方式,滞留因子RF — 表征污染物在迁移过程中相对于水流被滞后的程度,Hydrodynamic Dispersion — 水动力弥散,机械弥散与分子扩散共同作用的结果，形成了水动力弥散反应— Reactions,环境中的化学反应会影响溶质运移，比如生物降解、放射性衰退、变质、发热、吸热反应等用户可以指定偏微分方程等式右端的反应项通常的反应包括：,保守和非保守形式,在地球科学溶质运移应用模式有保守和非保守形式的控制方程可以选用,保守形式的控制方程——适用可压缩流体，流体的密度在空间是变化的,非保守形式的控制方程——适用不可压缩流体，不可压缩流体对流项速度的散度是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,,,,,,对流、吸附和阻滞 同饱和溶质运移应用模式,水动力弥散 在前述基础上补充了流体-气体弥散张量,2D system,反应 增加了气相,保守非保守形式,应用模式属性（Application Mode Properties）,求解域控制方程设定,边界条件设定（Boundary Settings）,点、边设定（Point and Edge Settings）,Example：Variably Saturated Flow and Transport,算例描述：如右图所示，带有化学品的圆环内的水向下方的土柱中移动，当流动穿过非饱和的土柱的时候，化学物黏附在土体颗粒上，减缓了溶质相对于水的输送。

另外，化学品浓度在水体和土体中发生生物降解而衰退通过模拟追踪溶质的运移过程是一个2D轴对称模型控制方程,Fluid Flow,van Genuchten formulas,地下水流动和溶质运移通过流体流速耦合在一起,Solute Transport,为了求解更方便，展开上式左项,建模步骤：,PhysicsConstants,Physics the Scalar Variables,定义几何模型,DrawSpecify ObjectsRectangle,DrawSpecify ObjectsRectangle,DrawSpecify ObjectsLine,r - 0 0.25, z - 0 0.,求解域控制方程、边界条件设定,Multiphysics - Richards’ Equation (esvr).,van Genuchten,边界条件—Richards’ Equation,Multiphysics - Solute Transport (esst).,边界条件—Solute Transport,网格剖分,求解设定,-0.1 0 logspace(-3,-1,21) 0.1:0.1:1 1:1:5,结果查看,Estimates of effective saturation (surface plot), pressure head (contours), and velocity (arrows) in variably saturated soil after 0.3 and 1 days.,Solution for dissolved concentrations (surface plot) and retardation factor (contours) at 0.3 and 1 days.,。