溶质运移中多孔介质弥散度影响因素的SPH模拟研究

论文摘要

借助光滑粒子流体动力学（SPH）方法,本文从流体质点运动和溶质扩散的物理本质出发,设计并进行孔隙尺度下多孔介质中溶质运移的仿真实验,进而分析多孔介质弥散度影响因素,并讨论弥散度与多孔介质结构参数的关系。通过离散化N-S方程和Fick扩散方程,建立描述孔隙水流动的SPH水动力模型和描述溶质分子扩散的扩散模型,求解出在低Pe数下对流扩散方程的一维定解问题,检验了模型的准确性。在高Pe数流场中,进行了恒定流速的黏性流体穿透多孔介质薄层的仿真实验,计算结果可准确模拟出过水断面上各流体质点的流速差异、流体质点在多孔介质中的弥散过程以及流体质点的迂曲绕流过程;通过建立三段理想化的孔隙通道模型,发现在迂曲路径相同时,速度差对机械弥散度仍有显著影响。最后,为探究弥散度与多孔介质结构参数的关系,生成了多组随机粒径的二维多孔介质进行溶质穿透仿真实验。计算结果表明,弥散度与流速变异系数、迂曲度、迂曲路径差以及不均匀系数大致呈正相关,与孔隙率呈负相关。

论文目录

• 1 研究背景
• 2 SPH方法基本原理
• 3 SPH水动力扩散模型
•   3.1 质量方程
•   3.2 动量方程
•   3.3 溶质扩散方程
•   3.4 人工压缩性
•   3.5 固液边界处理
•   3.6 时间步
• 4 仿真实验方法
•   4.1 模型处理
•   4.2 计算过程
•   4.3 解析解检验
• 5 高Peclet数流场模拟
•   5.1 多孔介质孔隙流的模拟
•   5.2 速度差对弥散度的影响
•   5.3 弥散度与多孔介质结构参数的关系
• 6 结论

文章来源

类型: 期刊论文

作者: 饶登宇,白冰

关键词: 多孔介质,孔隙尺度,光滑粒子法,溶质运移,弥散度

来源: 水利学报 2019年07期

年度: 2019

分类: 工程科技Ⅱ辑,基础科学

专业: 地球物理学,水利水电工程

单位: 北京交通大学土木建筑工程学院

基金: 国家自然科学基金项目(51678043),北京市自然科学基金项目(8182046),中央高校基本科研业务费专项资金(2018YJS121)

分类号: TV131

DOI: 10.13243/j.cnki.slxb.20190021

页码: 824-834

总页数: 11

文件大小: 2682K

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